Учебное пособие Томск 2002 г. Удк 681. 326(075)




НазваниеУчебное пособие Томск 2002 г. Удк 681. 326(075)
страница1/18
Дата19.12.2012
Размер2.23 Mb.
ТипУчебное пособие
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18


Министерство образования Российской Федерации

Томский политехнический университет


П.Ф.Коробко


СЕТИ ЭВМ

И СРЕДСТВА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

Учебное пособие




Томск 2002 г.


УДК 681.326(075)

П.Ф.Коробко. Сети ЭВМ и средства телекоммуникций. Учеб. пособие. Том. политех. ун-т,– Томск, 2002. – 170 с.


В пособии изложены основные вопросы дисциплины «Сети ЭВМ и средства телекоммуникаций». Пособие подготовлено на кафедре «Вычислительная техники» и соответствует программе дисциплин, предназначенной для студентов Института дистанционного образования.


Печатается по постановлению Редакционно-издательского Совета Томского политехнического университета.


Рецензенты:


В.Г.Спицин – доктор технических наук, профессор кафедры вычислительной техники Томского политехнического университета;

Л.С.Прищепа - доцент кафедры “Комплексная информационная безопасность электронных вычислительных систем” Томского университета систем управления и радиоэлектроники.


Темплан 2002


(С) Томский политехнический университет, 2002






1 ОБЩИЙ ПРИНЦИП РАБОТЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ


1.1 Распределенные системы обработки данных


К распределенным системам обработки данных относят вычислительные системы, функции которых состоят в выполнении требуемых актов обработки данных: ввода, хранения, преобразования и вывода. Примерами таких вычислительных систем являются системы для решения научных, инженерно-технических, планово-экономических задач, а также в качестве автоматизированных систем управления предприятиями, технологического оборудования и техническими объектами.

Поскольку основным признаком распределенных вычислительных систем является наличие нескольких центров обработки данных, то к ним относят многомашинные вычислительные комплексы, мультипроцессорные вычислительные системы и вычислительные сети.

Многомашинный вычислительный комплекс - это несколько связанных между собой компьютеров (каждый из которых работает под управлением собственной операционной системы), а также программные и аппаратные средства связи компьютеров, которые обеспечивают работу всех компьютеров комплекса как единого целого.

Мультипроцессорные системы – это компьютеры, в которых имеется несколько процессоров, каждый из которых может относительно независимо от остальных выполнять свою программу. В мультипроцессоре существует общая для всех процессоров операционная система, которая оперативно распределяет вычислительную нагрузку между процессорами. Взаимодействие между отдельными процессорами организуется через оперативную паять.

Вычислительные сети – это совокупность связанных между собой нескольких компьютеров, разнесенных в пространстве. Связь между компьютерами осуществляется с помощью специальных периферийных устройств – сетевых адаптеров, соединенных относительно протяженными каналами связи. Взаимодействие между компьютерами сети происходит за счет передачи сообщений через сетевые адаптеры и каналы связи. С помощью этих сообщений один компьютер обычно запрашивает доступ к ресурсам другого компьютера. Такими ресурсами могут быть как данные, хранящиеся на диске, так и разнообразные периферийные устройства – принтеры, модемы и др. Разделение локальных ресурсов каждого компьютера между пользователями сети – основная цель создания вычислительной сети.


1.2 Принцип работы глобальной вычислительной сети


Из общей теории систем понятие системы трактуется как совокупность связанных между собой элементов в единое целое для достижения определенной цели. Здесь под целью понимается совокупность результатов, определяемых назначением системы.

Система, состоящая из одной или нескольких ЭВМ и набора программ, обеспечивающих выполнение возложенных на систему функций, называется вычислительной системой (ВС). Состав ВС можно представить в виде совокупности аппаратной и программной частей (рис.1).








Рис.1

В состав оборудования может входить одна или несколько ЭВМ, которые выполняют функцию ввода, хранения, преобразования и вывода информации. Прикладные программы представляют алгоритмы выполнения функций, реализация которых возлагается на систему, т.е. задают порядок преобразования исходных данных в совокупность результатов, для производства которых предназначена ВС. Управляющие программы обеспечивают необходимый порядок взаимодействия прикладных программ между собой и с оборудованием ВС.

Система нескольких ЭВМ, объединенных между собой каналами связи, разнесенных в пространстве и выполняющих функцию приема/передачи информации, называется вычислительной сетью.

Обобщенная структурная схема вычислительной сети представлена на рис. 2.

Вычислительную сеть можно представить в виде двух взаимосвязанных подсетей: сети передачи данных (СПД) и сети ЭВМ.

СПД - совокупность технических средств для передачи данных между ЭВМ, которые состоят из линий связи и узлов связи (У). Узел связи - совокупность средств коммутации и передачи данных в одном пункте. Узел связи принимает данные, поступающие по каналам связи, и передает данные в каналы ведущие к абонентам. Узел связи реализуется на основе коммутационной ЭВМ и аппаратуры передачи данных. Коммутационная ЭВМ управляет приемом и передачей данных и , в частности, выбирает целесообразный путь передачи данных (в другой терминологии - маршрутизатор или коммутатор). СПД можно считать ядром вычислительной сети, обеспечивающим физическое объединение ЭВМ и других устройств.




СПД

Рис.2

Сеть ЭВМ - совокупность ЭВМ, объединенных сетью передачи данных. Сеть ЭВМ включает в себя главные и терминальные ЭВМ. Главная ЭВМ (ГВМ) выполняет задания абонентов сети (пользователей) и содержит основные программные ресурсы. Терминальные ЭВМ - пользовательские персональные ЭВМ (ПЭВМ), а также интеллектуальные терминалы, включающие монитор со встроенным процессором, обеспечивающим локальную обработку данных - редактирование текстов, отображение данных, хранение небольшого объема данных и др. Под терминальными ЭВМ понимаются устройства ввода графической информации, речи, изображения и устройства вывода аналогичной информации.


1.3 Прием/передача информации в вычислительной сети


Наиболее популярно принцип приема/передача информации можно объяснить на примере работы почты. Любой человек, отправляя письмо из одного города в другой, вначале на чистом листе (твердом носителе информации) пишет текст сообщения, а затем лист вкладывает в конверт, имеющий стандартные размеры, и заклеивает его. На лицевой стороне записывает в строго отведенных местах и в заданной последовательности адрес пункта назначения абонента, которому предназначено письмо, и адрес отправителя. Здесь же указывается индекс почтового отделения получателя и указывается срочность (приоритет) доставки письма, т.е. доставка АВИА, заказное с увидомлением, простое или с доплатой. Подготовленное письмо (пакет сообщения) опускается в почтовый ящик, после чего процесс дотавки сообщения возлагается на административную службу ПОЧТЫ. Службы почты выполняют строго заданные функции на каждом этапе доставки сообщения до адресата. Так на первом этапе письма из почтовых ящиков доставляются в почтовые отделения, где затем происходит сортировка их по направлениям (географическое местоположение). Сформированные блоки писем транспортируются (авиацией, железной дорогой или другим транспортом) до почтовых отделений абонентов, которые указаны на конверте. Далее, в приемных почтовых пунктах письма сортируются по адресам и доставляются почтальонами абонентам. Алгоритм работы почтовой службы, ее структура и функции полностью положены в основу любой вычислительной сети. Отличие заключается в терминологии и в форме представления информации. Действительно, узел связи - почтовое отделение, сеть передачи данных - транспортные линии, по которым осуществляется доставка сообщений.

Контроль состояния вычислительной сети и управление ее функционированием обеспечивается административной системой, включающей в себя ЭВМ (сервер), терминальное оборудование и программные средства, с помощью которых производится включение и выключение сети и ее компонентов, контролируется работоспособность сети, устанавливается режим функционирования компонентов, систем и сети в целом, учитывая объем услуг, предоставляемых абонентам сетью, и т.д.


1.4 Эффект сетевой обработки данных


Основной эффект от объединения ЭВМ в вычислительную сеть - это полная доступность ресурсов сети для пользователей. Пользователи, подключенные к сети, имеют доступ ко всем главным ЭВМ, входящим в сеть. Пользователям доступно программное обеспечение, имеющееся в сети, и базы данных, размещенные в ЭВМ сети, что позволяет оперативно использовать программы и базы данных. Информационные связи между пользователями позволяют решать задачи моделирования сложных систем, выполнять проектные работы, опирающиеся на распределенные между многими ЭВМ программное обеспечение и базы данных. Вычислительные сети позволяют повысить уровень ЭВМ, программного обеспечения и баз данных. Во-первых, вычислительная сеть обслуживает большое количество пользователей-профессионалов, обращающихся к базам данных типа Autocad, PCAD, LabViJ…, и непрофессионалов, обращающихся к гуманитарным базам данных (экономика, политика, общение, маркетинг, реклама, творчество и т.д.). Во-вторых, с точки зрения загрузки оборудования вычислительной сети, создаваемой всеми пользователями сети, значительно снижается стоимость обработки данных, по сравнению с одним пользователем, имеющим полный комплект оборудования.


1.5 Характеристики вычислительной сети


Основные характеристики вычислительной сети - операционные возможности, время доставки сообщений, производительность и стоимость обработки данных.

Операционные возможности сети - перечень основных действий по обработке данных. Главные ЭВМ (серверы), входящие в состав сети, обеспечивают пользователей всеми традиционными видами обслуживания: средствами автоматизации программирования, доступом к пакетам прикладных программ, доступом к базам данных и т.д. Дополнительно вычислительная сеть предоставляет следующие виды услуг:

  • удаленный ввод заданий - выполнение заданий, поступающих с любых терминалов, на любой рабочей станции (сервере) в пакетном или диалоговом режиме;

  • передачу файлов между абонентами сети;

  • доступ к удаленным файлам - обработку файлов, хранимых в удаленных ЭВМ;

  • защиту данных и ресурсов от несанкционированного доступа;

  • передачу текстовых, речевых и видео сообщений между абонентами;

  • выдачу справок об информационных и программных ресурсах;

  • распределенную обработку - параллельное выполнение задачи несколькими ЭВМ.

Время доставки сообщений определяется как статистическое среднее времени от момента передачи сообщения в сеть до момента получения сообщения адресатом.

Цена обработки данных формируется с учетом стоимости средств, используемых для ввода/вывода, передачи, хранения и обработки данных. На основе цен рассчитывается стоимость обработки данных, которая зависит от объема используемых ресурсов вычислительной сети (количества передаваемых данных, процессорное время), а также режима передачи и обработки данных.


2 ЛОКАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ


В общем случае под локальной вычислительной сетью (ЛВС) понимают такую сеть, в которой все оборудование узлов сети (рабочие станции и периферийные устройства), объединяемое физическими линиями, размещается в пределах небольшой территории, ограниченной одним или несколькими помещениями, на расстоянии не более чем 1 - 2 км друг от друга. Такая сеть является более специализированной по классу решаемых задач (банковская, государственного учреждения), однако часто требует обмена и протокольной совместимости с другими локальными или глобальными (корпоративными) сетями.

В ЛВС наиболее эффективное средство связи между системами, объединяемыми в сеть, - последовательный интерфейс. В последовательных интерфейсах в качестве передающей среды используются коаксиальные кабели, витые пары, волоконно-оптические кабели, которые обеспечивают высокую пропускную способность до 100 Мбит/сек и более. При использовании таких каналов связи строятся различные конфигурации вычислительных сетей (топологии ЛВС). Наиболее распространенные конфигурации - звездная, кольцевая, шинная и деревовидная.


2.1 ТОПОЛОГИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ


2.1.1 Топология типа «звезда»


Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Вся информация между двумя рабочими станциями проходит через центральный узел сети (см. рис.3).

Сети с такой топологией строятся, как правило, на базе метода коммутации каналов. В этом случае перед началом передачи информации абонент-инициатор передачи (вызывающий узел) запрашивает у центрального узла установление физического или логического соединения с абонентом-партнером (вызываемом узлом). После установления соединения соответствующий физический или логический путь монопольно используется абонентами-партнерами для обмена информацией. По окончании обмена один из абонентов запрашивает у центрального узла разъединения.

Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии

При расширении вычислительной сети подобной топологии к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.

Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от производительности центрального файлового сервера, а пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) в процессе передачи данных не возникает.

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими станциями.

Однако при данной топологии он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети.

В настоящее время файловым серверам уделяется особое внимание с точки зрения надежности его работы, а так как для данной топологии характерна простота управления обменом информации и механизмом против несанкционированного доступа, топология типа «звезда» находит широкое распространение при проектировании ЛВС.


2.1.2 Кольцевая топология


При кольцевой топологии сеть не имеет явно выраженного центрального узла (сервера), а рабочие станции связаны одна с другой по кругу ( см. рис. 4 ). Сообщения в подобной топологии циркулируют по кругу в строго заданном направлении. Рабочая станция посылает сообщение заданному адресату, предварительно получив из кольца запрос (маркер). Пересылка сообщений в подобной топологии является эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять "в дорогу" по каналу связи одно за другим.

Каждая рабочая станция может выполнять функции сервера, а банки данных могут быть распределены между станциями.

Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко. Подключение новой рабочей станции требует выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто.




Рис. 3

Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутаторов ( англ. Hub - концентратор).

В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабочими станциями применяют активные или пассивные концентраторы ("хабы"). Активные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный концентратор является исключительно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции). Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей сети.





Рис. 4


2.1.3 Шинная топология


В сетях с шинной топологией все рабочие станции подключаются к одному каналу связи (коммуникационному пути) с помощью премопередатчиков ( см. рис. 5 ).

Рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети, и могут быть подключены или отключены без нарушения функционирования всей вычислительной сети. Канал оканчивается с двух сторон пассивными терминаторами, которые поглощают передаваемые сигналы, поскольку по своей природе передача в такой сети является широковещательной (длинные линии – из курса теоретические основы электротехники).

Каждая рабочая станция подключается к шине непосредственно к соединителям кабельных секций (тройниковые соединители) либо с помощью специальной врезки, которая просто прокалывает коаксиальный кабель до контакта с центральным проводником.





Рис. 5

Поскольку один общий канал связи (шина) разделяется между всеми абонентами сети, такие сети называются также моноканальными.

Пропускная способность и задержка в шинных сетях определяется большим числом параметров: методом доступа, полосой пропускания канала связи, числом узлов связи, длиной сообщений и др.

В данной топологии банки данных, также как и в сетях с кольцевой топологией, могут распределяться между рабочими станциями (станции ресурсов).


2.1.4 Деревовидная топология


В локальной сети такого типа используется комбинация ранее рассмотренных типов топологий: “кольцо-звезда” либо “шина-звезда”. Сеть типа “кольцо-звезда” представлена на рис. 6.

Сервера подключены к шине сети через контроллер, а к каждому серверу подсоединены звездно рабочие станции. Сети такого типа применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде.

Сети такой топологии обладают преимуществом каждой в отдельности типом сети («кольцо» и «звезда»). И дополнительно удобны при административном управлении сетью.

Недостаток такого типа в том, что выход из строя участка канала связи сети парализует работу группы абонентов этого участка.

Сравнительные характеристики различных топологий локальных сетей представлены в табл. 1.



Рис. 6

Таблица 1



Характеристики






Топология

Звезда

Кольцо

шина

дерево

Сложность интерфейса

малая

малая

малая/

средняя

средняя

Наращиваемость

малая

средняя

высокая

высокая

Надежность

средне/

высокая

высокая

высокая

высокая

Стоимость подключения

высокая

средняя

низкая

низкая

Работа в реальном времени

очень

хорошая

хорошая

плохая

средняя

Разводка кабеля

хорошая

удовлетворительная

хорошая

хорошая
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18

Похожие:

Учебное пособие Томск 2002 г. Удк 681. 326(075) iconУчебное пособие Ульяновск 2002 удк 681. 3 (075)
Учебное пособие предназначено для студентов вузов дневной, вечерней, заочной и дистанционной форм обучения
Учебное пособие Томск 2002 г. Удк 681. 326(075) iconУчебное пособие Томск 1999 удк 681. 3
Мирошниченко Е. А. Технология программирования: Учебное пособие. — Томск: Изд. Тпу, 1999. — 80 с
Учебное пособие Томск 2002 г. Удк 681. 326(075) iconУчебное пособие Томск 1999 у дк 681. 3
Мирошниченко Е. А. Технология программирования: Учебное пособие. — Томск: Изд. Тпу, 1999. — 80 с
Учебное пособие Томск 2002 г. Удк 681. 326(075) iconУчебное пособие Иваново 2001 удк 658. 01 (075)
Учебное пособие предназначено для студентов специальностей 061100 и 060800
Учебное пособие Томск 2002 г. Удк 681. 326(075) iconУчебное пособие удк 159. 9(075) Печатается
Зоопсихология и сравнительная психология: Учебное пособие. Ставрополь: скси, 2005. 272 с
Учебное пособие Томск 2002 г. Удк 681. 326(075) iconТекст лекций Таганрог 2002 удк 681. 518. 3(075) Николаев С. В
Николаев С. В. Основы сапр измерительных систем: Текст лекций. Таганрог: Изд-во трту, 2002. с
Учебное пособие Томск 2002 г. Удк 681. 326(075) iconУчебное пособие Санкт Петербург 2002 удк 629. 76
Керножицкий В. А., Бызов Л. Н. Надежность. Лабораторный практикум: Учебное пособие. Балт гос тех ун-т, спб., 2002. – с
Учебное пособие Томск 2002 г. Удк 681. 326(075) iconУчебное пособие гродно, 2003 удк 616. 8 (075. 8)
Учебное пособие предназначено для студентов факультета медицинских сестер высших медицинских учебных заведений
Учебное пособие Томск 2002 г. Удк 681. 326(075) iconБезопасность жизнедеятельности учебное пособие Томск 2001 удк 621. 31: 658. 382
Назаренко О. Б. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие. – Томск: Изд. Тпу, 2001. 87 с
Учебное пособие Томск 2002 г. Удк 681. 326(075) iconВ челюстно- лицевой хирургии учебное пособие Минск 2006 удк 617. 52-089. 5(075. 8)

Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница