64156 (Локально-вычислительные сети)

Введение

С распространением электронно-вычислительных машин нетрудно предсказать рост в потребности передачи данных. На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров и более 80 процентов из них объединены в различные информационно-вычислительные сети от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Internet. Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных фирм и производителей, работающих под разным программным обеспечением.

Такие огромные потенциальные возможности которые несет в себе вычислительная сеть и тот новый потенциальный подъем который при этом испытывает информационный комплекс, а так же значительное ускорение производственного процесса не дают нам право не принимать это к разработке и не применять их на практике. Поэтому необходимо разработать принципиальное решение вопроса по организации информационно-вычислительной сети на базе уже существующего компьютерного парка и программного комплекса, отвечающего современным научно-техническим требованиям с учетом возрастающих потребностей и возможностью дальнейшего постепенного развития сети в связи с появлением новых технических и программных решений. Некоторые приложения, которые нуждаются в системах связи, могут помочь понять основные проблемы, которые связаны с сетями связи.

Существует много приложений, требующих удаленного доступа к базам данных. Простыми примерами являются информационные и финансовые службы, доступные пользователям персональных ЭВМ. Также существует много приложений, требующих дистанционного обновления баз данных, которое может сочетаться с доступом к данным. Система резервирования авиабилетов, аппаратуры автоматического подсчета голосов, системы управления инвентаризацией и т.д. являются такими примерами. В приложениях подобного типа имеются множество географически распределенных пунктов, в которых требуются входные данные.

Ещё одним широко известным приложением является электронная почта, для людей пользующихся сетью. Такую почту можно читать, заносить в файл, направлять другим пользователям, дополняя, может быть комментариями, или читать находясь в различных пунктах сети. Очевидно, что такая служба имеет много преимуществ по сравнению с традиционной почтой с точки зрения скорости доставки и гибкости.

В промышленности средств связи уделяется большое внимание системам передачи данных на большие расстояния. Индустрия глобальных сетей развивается и занимает прочные позиции. Локальные сети являются относительно новой областью средств передачи данных.

Промышленность производства локальных сетей развивалась с поразительной быстротой за последние несколько лет. Внедрение локальных сетей мотивируется в основном повышением эффективности и производительности персонала. Эта цель провозглашается фирмами-поставщиками локальных сетей, руководством учреждений и разработчиками локальных сетей.

Использование локальных сетей позволяет облегчить доступ к устройствам оконечного оборудования данных установленных в учреждении. Эти устройства – не только ЭВМ, но и другие устройства, обычно используемые в учреждениях, такие, как принтеры, графопостроители и все возрастающее число электронных устройств хранения и обработки файлов и баз данных. Локальная сеть представляет собой канал и протоколы обмена данными для связи рабочих станций и ЭВМ.

Понятие локальных сетей

Понятие локально-вычислительная сеть (от анг. LAN – Lokal Area Network ) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных систем связаны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой локально-вычислительной сети.

Под локально-вычислительной сетью понимается совокупность взаимосвязанных и распределенных по сравнительно небольшой территории вычислительных ресурсов, взаимодействие которых обеспечивается специальной системой передачи данных. Такая сеть обычно предназначается для сбора, передачи рассредоточенной и распределенной обработки информации в пределах одного предприятия или организации. Она может быть ориентирована на выполнение определённых функций в соответствии с профилем деятельности предприятия. Благодаря вычислительным сетям мы получили возможность одновременного использования программ и баз данных несколькими пользователями. Вычислительные сети являются дальнейшим развитием вычислительных систем разобщенного типа. Вычислительные сети классифицируются по ряду признаков:

• по степени территориальной рассредоточенности различают:

1. Крупномасштабные или глобальные сети, охватывающие территорию страны или нескольких стран с расстоянием между звеньями от сотен до нескольких тысяч километров.

2. Региональные сети, расположенные в пределах определенного территориального региона (города, области и т. д.).

3. Локальные сети, охватывающие сравнительно небольшую территорию R=1-10км.

• по функциональным, информационным ( по способу хранения и доставки информации) и структурным признакам;

• по способу управления ресурсами сети;

• по методу передачи данных.

Подавляющая часть компьютеров западного мира объединена в ту или иную сеть. Опыт эксплуатации показывает, что около 80 процентов всей пересылаемой информации замыкается в рамках одного офиса, поэтому особое внимание разработчиков стали привлекать так называемы локальные вычислительные сети. Локальные вычислительные сети отличаются от других тем, что они обычно ограничены умеренной географической областью.

Локальные сети предназначены для реализации таких прикладных функций, как передача файлов, электронная графика, обработка текстов, электронная почта, доступ к удаленным базам данных, передача цифровой речи. Локальные сети объединяют ЭВМ, терминалы, устройства хранения информации, переходные узлы для подключения к другим сетям и др. Локальные сети составляют один из быстроразвивающихся секторов промышленной средств связи, локальную сеть часто называют сетью для автоматизированного учреждения. Локальная сеть характеризуется следующими характеристиками:

• каналы обычно принадлежат организации пользователя;

• каналы являются высокоскоростными ( 1- 400 Мбит\с);

• расстояние между рабочими станциями, подключаемыми к локальной сети, обычно составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч метров;

• локальная сеть передает данные между станциями пользователей ЭВМ (некоторые локальные сети передают речевую и видеоинформацию);

• пропускная способность у локальной сети как правило больше, чем у глобальной сети;

• канал локальной сети обычно находится в монопольной собственности организации, использующей сеть;

• интенсивность ошибок в локальной сети ниже по сравнению с сетью на базе телефонных каналов;

• децентрализация терминального оборудования, в качестве которого используются микропроцессоры, дисплеи, кассовые устройства и т.д.

• данные передаются по общему кабелю, к которому подключены все абоненты сети;

• возможность реконфигурации и развития путем подключения новых терминалов;

• наличие локальной сети позволяет упростить и удешевить персональные ЭВМ, поскольку они коллективно используют в режиме разделения времени наиболее дорогие ресурсы: дисковую память и печатающие устройства.

Актуальность локально-вычислительных сетей

В производственной практике ЛВС играют очень большую роль. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместное оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему, которая имеет свои особенные преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети:

1. Разделение ресурсов – позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.

2. Разделение данных – предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.

3. Разделение программных средств – предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.

4. Разделение ресурсов процессора – возможность использования вычислительных мощностей для обработки данных другими системами входящими в сеть. Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не «набрасываются» моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.

5. Многопользовательский режим – многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план.

Основные области применения локальных сетей

1. Автоматизация административной управленческой деятельности, организация «электронных офисов», в которых вместо бумажного документооборота используется электронная почта;

2. Автоматизация производства – автоматизация технологических процессов, информационное обеспечение оперативного управления производством, планово-экономическое управление производством;

3. Автоматизация научных исследований и разработок;

4. Автоматизация обучения, подготовки и переподготовки кадров;

5. Автоматизация учрежденческой деятельности.

Структура функционирования сети.

Структура локальной сети определяется принципом управления и типом связи. Нередко она отображает в определенных пределах структуру обслуживаемой организации. В локальных сетях могут быть реализованы различные виды топологии: шинная, кольцевая, радиальная, древовидная. Однако наиболее распространенными являются два первых типа структур, отличающихся простотой методов управления, возможностью расширения и изменения конфигурации сети без заметного усложнения средств управления сетью, высокой эффективностью использования каналов связи. Абонентские устройства сети подключаются в различных структурах или к общей шине или к кольцу с помощью сетевых адаптеров, состоящих из приемопередатчиков и контроллеров адаптера.

Контроллеры адаптера, называемые также блоками доступа, выполняют следующие функции: прием данных из канала, выдачу их в канал, и др. Приемопередатчики осуществляют согласование электрических сигналов канала и абонентских станций.

В шинной локальной сети все абонентские станции подключаются к общей сети параллельно, поэтому принципиальной особенностью сети такого типа является параллельная во времени передач информации всем абонентам. Абонентская станция получившая в свое распоряжение шину, передает по ней снабженное адресом сообщение или пакет(кадр). Кадр практически одновременно воспринимается всеми станциями, распознается одной из них как ей адресованной и принимается ею.

Преимущества шинной сети:

• возможность добавления или исключения узлов без повторной инициализации сети;

• обеспечение работоспособности сети при выходе из строя одного или нескольких узлов;

• возможность распределённого управления работой сети через узловые интерфейсы;

• значительное повышение надежности работы сети за счет использования коаксиального кабеля.

Основной недостаток шинной сети – невозможность одновременной передачи информации несколькими станциями.

В кольцевой локальной сети, кольцо образуют несколько каналов, которые связываются последовательно друг с другом при помощи приемопередающих блоков. К приемопередатчикам через адаптеры присоединяются абонентские станции. Таким образом принципиалной особенностью таких сетей является последовательная во времени передача информации абонентам.

Преимущества кольцевых локальных сетей:

• при использовании соответствующих детерминированных методов доступа в таких сетях не только гарантируется доступ каждого абонента через определенные интервалы времени независимо от нагрузки сети, но и допускается одновременная передача информации несколькими абонентами;

• невысокая стоимость сетевых интерфейсов, реализующих прямые методы передачи и управления доступом в сеть;

• сравнительная простота использования волоконно-оптической линии связи.

Недостатки кольцевых сетей:

• при добавлении или замене узла необходимы остановка в работе сети и временный разрыв кольца;

• выход из строя узла сети прерывает работу всей сети.

В шинной и кольцевой сетях проблема маршрутизации сообщений практически отсутствует, так как маршруты передач фиксированы.

Современные сети построены по многоуровневому принципу. Чтобы организовать связь двух компьютеров, требуется сначала создать свод правил их взаимодействия, определить язык их общения. Эти правила называются протоколом. Для работы сетей необходимо запастись множеством различных протоколов:, например, управляющих физической связью, установлением связи по сети, доступом к различным ресурсам и т.д.. Многоуровневая структура спроектирована с целью упростить и упорядочить это великое множество протоколов и отношений. Взаимодействие уровней в этой модели – субординарное. Каждый уровень может реально взаимодействовать только с соседними уровнями, виртуально – только в аналогичным уровнем на другом конце линии.