Компьютерные сети

     Методы  доступа к сети случайные. Наиболее простым является метод ALOHA –захват  абонентом канала и выдача сообщения  независимо от того, есть ли в сети другие сообщения или нет. Это может привести к столкновению сообщений в сети и взаимному их искажению. Искаженные сообщения повторно передаются через случайные промежутки времени. При столкновениях сообщений теряется активное время работы сети, равное сумме времени передачи обоих сообщений.

     Для уменьшения вероятности появления  столкновений применяются модификации этого метода: доступ с контролем несущей (CSMA) и доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений (CSMA/CD). Доступ с контролем не-сущей заключается в том, что абонент «слушает» сеть и передает сообщение только в свободную сеть. Столкновения возможны, когда два или более абонентов начинают передачу одновременно. Искаженные сообщения передаются повторно.

     При доступе с контролем несущей и обнаружением столкновений абонент «слушает» сеть, передает сообщение в освободившуюся сеть и контролирует возможность столкновения сообщений. Если абоненты начинают передачу одновременно, то столкнувшиеся сообщения сразу уничтожаются, не занимая времени передачей искаженных сообщений. Методы CSMA и GSMA/CD применяются при более высоких нагрузках на сеть, чем метод ALOHA.

     Случайные методы доступа реализуются средствами ЭМВОС каждой ПЭВМ, поэтому они  более надежны, чем централизованные методы доступа, реализуемые программными средствами ЦУС.

     Достоинства сети:

     • возможность связи с движущимися  абонентами;

     • возможность подключения и отключения абонентов без остановки сети.

     Недостатки:

     • возможность прослушивания всех абонентов;

     • воздействие промышленных и атмосферных помех;

     • наличие «мертвых зон», обусловленных  конструкциями зданий и помещений.

     Радиоканальные  сети сейчас начинают все шире использоваться там, где необходимы связи с действующими абонентами.

3.2.4 Кольцевые сети

     Средства  коммуникаций сети включают физическую среду передачи сигналов в форме кольца, соединяющего компьютеры, блоки доступа и накопите-ли.

     Блок  доступа — это техническое  устройство для подключения компьютера к физической среде. Блоки доступа делятся на две группы: доступ без разрыва целостности физической среды передачи сигналов и доступ с разрывом физической среды и восстановлением ее с помощью блока доступа. Например, без разрыва физической среды можно осуществить доступ к проводным линиям связи, но доступ к оптоволоконным линиям возможен только с разрывом среды передачи сигналов. Сообщение, переданное абонентом, поступает через блок доступа в физическую среду и дви отто по кольцу. Повторитель задерживает сообщение на время, необходимое для определения адреса абонента и приема его абонентом, восстанавливает ослабленные и искаженные электрические сигналы сообщения. Участок физической среды между двумя соседними повторителями называется сегментом.

     Достоинства сети:

     • простота реализации двухточечной линии  связи (в каждый момент соединены только две точки – два абонента), что снижает требования к физической среде;

     • простота организации подтверждения  о приеме сообщения;

     • небольшая общая длина физической среды;

     Недостатки:

     • низкая надежность, т.к. выход из строя  участка физической силы или повторителя приводит к обстановке работы всей сети;

     • невозможность подключения и  отключения абонентов без остановки  работы сети;

     • максимальная задержка передачи сообщения  зависит от количества абонентов;

     Для повышения надежности и пропускной способности сети применяется двойное кольцо. Сообщения в кольцах курсируют в разных направлениях. При нарушениях одного кольца уменьшается только пропускная способность сети. При нарушениях обоих колец ближайшие к нарушению автоматически восстанавливают циркуляцию информации в одном кольце.

     Пример  кольцевой сети: Token Ring Network (филиал фирмы IBM в Цюрихе). Сеть обладает статусом мирового стандарта, ее длина достигает 2 км и обслуживает до 256 абонентов.

3.2.5 Магистральные сети

3.2.5.1 Магистральные моноканалы

     Все абоненты подключены к одной физической среде, представляющей со-бой магистраль (шину). Сообщение, переданное пользователем, поступает через блок данных ко всем абонентам сети.

     Достоинства сети:

     • более высокая надежность, чем  у кольцевых сетей, так как отказ абонента не влияет на работу сети;

     • возможность подключения и отключения абонентов без остановки работы сети в случае неразрушающего физическую среду подключения абонентов;

     • наименьшая длина физической среды.

     Для повышения надежности и пропускной способности применяются двойные моноканалы.

     Примером  магистральной моноканальной структуры  является сеть Ethernet, представляющая собой  отраслевой стандарт фирм Intel, DEC и Xerox. Сеть положена в основу международного стандарта, обслуживает до 1000 абонентов при длине сети до 10 км, доступ к сети осуществляется по протоколам CSMA/CD.

3.2.5.2 Магистральные поликаналы

     Поликаналом называют группу средств коммуникаций, работающих на одной физической среде и предназначенных для организации нескольких сетей различного назначения. Для этого применяется широкополосная физическая, среда, например широкополосный коаксиальный или оптоволоконный кабель.

     Достоинства сети:

     • высокая пропускная способность, позволяющая передавать большие потоки разнообразной информации;

     • возможность организации на одной  физической среде нескольких сетей  различного назначения (например, в  крупных финансовых организациях, информационных и многопрофильных фирмах).

     Недостатки  сети:

     • сложность эксплуатации;

     • высокая стоимость оборудования.

     Магистральные поликаналы разрабатываются и производятся по конкретным заказам.

3.2.6 Комбинированные сети

     Каждая  из приведенных структур сетей обладает определенными достоинствами и  недостатками. Преодолеть некоторые недостатки и повысить эффективность сетей можно путем комбинирования (структурирования) различных топологий.

     Достоинства сетей:

     • возможность легкого наращивания  абонентов и ресурсов сети;

     • изменение конфигурации сетевой  структуры;

     • повышение надежности сети;

     • продление жизненного цикла.

     Недостатком таких систем является более высокая  их стоимость за счет дополнительного  технического и программного сетевого оборудования.

4. Глобальные компьютерные сети

4.1 Классификация глобальных компьютерных сетей

     Глобальные  компьютерные сети можно классифицировать по следующим признакам:

     1. по типу средств коммуникаций:

     • наземные многоузловые сети

     • спутниковые радиосети

     • комбинированные сети

     2. по способу коммутации сообщений

     • коммутация каналов

     • коммутация сообщений

     • коммутация пакетов

     • адаптивная коммутация

     3. по выбору маршрута передачи  сообщения:

     • фиксированные пути

     • направленный выбор пути

     • случайные пути

     • лавинный способ

4.2. Наземные многоузловые сети

4.2.1. Общая структура  сети

     Рабочими  компьютерами сети могут быть все классы компьютеров от персональных до суперкомпьютеров. Используются также отдельные терминалы (Т). Абоненты подключаются к сети посредством телефонных и телеграфных каналов связи в точках подключения (ТП). Доступ пользователей к ресурсам сети осуществляется через узлы коммутации. Каждый узел коммутации (УК) обслуживает определенное число пользователей, обычно наиболее близко расположенных к узлу. Архитектуру УК составляют компьютеры со специальным сетевым программным обеспечением и коммуникационное оборудование. УК могут быть обслуживаемыми и необслуживаемыми, т. е. работающими в автоматическом режиме. УК выполняют важные сетевые функции: анализ и формирование сетевых адресов абонентов, кодирование сообщений, контроль и коррекцию ошибок, появившихся в процессе передачи информации, управление потоками сообщений, выбор оптимального для данной ситуации маршрута передачи сообщения и др. Один из УК выполняет роль шлюза или моста.

     С одним из УК совмещается центр  управления сетью (ЦУС), на котором работает администратор сети. В ЦУС, как правило, входит наиболее мощный компьютер сети со специальным программным обеспечением.

     Между УК прокладываются, как правило, магистральные  скоростные каналы передачи данных (МСКПД) на основе коаксиальных, многожильных и оптоволоконных кабелей. В крайнем случае используются телефонные линии связи, обладающие средней скоростью передачи данных.

     Достоинства многоузловой сети:

     • возможно использование ранее приложенных  каналов связи

     • допустимо применение в разных частях сети различных физических средств и скоростей передачи данных

     • возможность применения различных  способов коммутации и выбора путей  передачи сообщений

     Недостатки  многоузловой сети:

     • сложность прокладки в труднодоступных  местах

     • невозможность связи с движущимися  абонентами

4.2.2. Принцип модемной связи

     Чтобы передать дискретный двоичный сигнал с выхода одного компьютера на вход другой по аналоговой телефонной линии  связи, этот сигнал должен быть преобразован в стандартную форму передачи сигнала по телефонной линии. Такое  преобразование называется модуляцией, а устройство, осуществляющее преобразование модулятором. На входе компьютера - получателя сообщения должно быть сделано обратное преобразование, которое называется демодуляцией, а устройство — демодулятором. Так как компьютер передает и принимает сообщение, то модулятор и демодулятор объединяют в одном устройстве под названием модем. Модемы выпускаются как в виде отдельных блоков, так и встроенными в компьютерах. В зависимости от качества модемов и линий связи скорость передачи данных через модемы составляет 2400,4800,9600 бит/с.

     Для того чтобы два компьютера могли  обмениваться информацией, кроме модема и физической среды передачи сигналов необходимо специальное программное обеспечение для согласования работы компьютера и поддержки средств коммуникаций. Большинство модемов автоматически определяют, с какой скоростью поступает информация, проводят тестирование качества линии связи, а также кодируют сообщения специальными помехоустойчивы-ми кодами.