Введення
З поширенням електронно-обчислювальних машин неважко передбачити
зростання потреби в передачі даних. На сьогоднішній день у світі існує більше
130 мільйонів комп'ютерів і більше 80 відсотків з них об'єднані в різноманітні
інформаційно-обчислювальні мережі від малих локальних мереж в офісах до глобальних
мереж типу Internet. Всесвітня тенденція до об'єднання комп'ютерів у мережі обумовлена
поруч важливих причин, таких як прискорення передачі інформаційних повідомлень,
можливість швидкого обміну інформацією між користувачами, одержання
і передача повідомлень не відходячи від робочого місця, можливість миттєвого отримання
будь-якої інформації з будь-якої точки земної кулі, а так само обмін інформацією між
комп'ютерами різних фірм і виробників, що працюють під різним програмним
забезпеченням. Такі величезні потенційні можливості який несе в собі
обчислювальна мережа і той новий потенційний підйом який при цьому відчуває
інформаційний комплекс, а так само значне прискорення виробничого процесу
не дають нам право не приймати це до розробки і не застосовувати їх на практиці.
Тому необхідно розробити принципове рішення питання з організації
інформаційно-обчислювальної мережі на базі вже існуючого комп'ютерного
парку та програмного комплексу, що відповідає сучасним науково-технічним вимогам
з урахуванням зростаючих потреб і можливістю подальшого поступового
розвитку мережі у зв'язку з появою нових технічних і програмних рішень.
Деякі програми, які мають потребу в системах зв'язку, можуть допомогти зрозуміти
основні проблеми, які пов'язані з мережами зв'язку. Існує багато програм,
вимагають віддаленого доступу до баз даних. Простими прикладами є інформаційні
та фінансові служби, доступні користувачам персональних ЕОМ. Також
існує багато програм, що вимагають дистанційного оновлення баз даних, яке
може поєднуватися з доступом до даних. Система резервування авіаквитків,
апаратури автоматичного підрахунку голосів, системи управління інвентаризацією
і т.д. є такими прикладами. У додатках подібного типу є безліч
географічно розподілених пунктів, в яких потрібні вхідні дані.
Ще одним широко відомим додатком є електронна пошта, для людей користуються
мережею. Таку пошту можна читати, заносити у файл, направляти іншим користувачам,
доповнюючи, може бути коментарями, або читати перебуваючи в різних
пунктах мережі. Очевидно, що така служба має багато переваг у порівнянні
з традиційною поштою з точки зору швидкості доставки та гнучкості. У промисловості
засобів зв'язку приділяється велика увага систем передачі даних на великі
відстані. Індустрія глобальних мереж розвивається і займає міцні позиції.
Локальні мережі є відносно новою сферою засобів передачі даних.
Промисловість виробництва локальних мереж розвивалася з вражаючою швидкістю
за останні кілька років. Впровадження локальних мереж мотивується в основному
підвищенням ефективності і продуктивності персоналу. Ця мета проголошується
фірмами-постачальниками локальних мереж, керівництвом установ та розробниками
локальних мереж. Використання локальних мереж дозволяє полегшити доступ
до пристроїв кінцевого обладнання даних встановлених в установі. Ці
пристрої - не тільки ЕОМ, але й інші пристрої, зазвичай використовуються в установах,
такі, як принтери, графобудівники і все зростаюче число електронних
пристроїв зберігання і обробки файлів і баз даних. Локальна мережа являє
собою канал і протоколи обміну даними для зв'язку робочих станцій і ЕОМ.
Поняття локальних мереж Поняття локально-обчислювальна мережа (від анг. LAN - Lokal
Area Network) ставиться до географічно обмеженого (територіально або виробничо)
апаратно-програмним реалізаціям, в яких кілька комп'ютерних
систем пов'язані один з одним за допомогою відповідних засобів комунікацій.
Завдяки такому з'єднанню користувач може взаємодіяти з іншими робочими
станціями, залученими до цього локально-обчислювальної мережі. Під локально-обчислювальної
мережею розуміється сукупність взаємопов'язаних і розподілених
за порівняно невеликій території обчислювальних ресурсів, взаємодія яких
забезпечується спеціальною системою передачі даних. Така мережа зазвичай призначається
для збору, передачі розосереджених і розподіленої обробки
інформації в межах одного підприємства або організації. Вона може бути орієнтована
на виконання певних функцій відповідно до профілю діяльності
підприємства. Завдяки обчислювальним мережам ми одержали можливість одночасного
використання програм і баз даних декількома користувачами. Обчислювальні
мережі є подальшим розвитком обчислювальних систем роз'єднаного типу.
Обчислювальні мережі класифікуються за рядом ознак: - за ступенем територіальної
розосередження розрізняють: 1. Великомасштабні або глобальні мережі,
охоплюють територію країни або декількох країн з відстанню між ланками
від сотень до кількох тисяч кілометров.2. Регіональні мережі, розташовані в
межах визначеного територіального регіону (міста, області і т. д.) .3. Локальні
мережі, що охоплюють порівняно невелику територію R = 1-10км .- за функціональними,
інформаційним (за способом зберігання і доставки інформації) та структурним
ознаками; - за способом управління ресурсами мережі; - за методом передачі даних.
Переважна частина комп'ютерів західного світу об'єднана в ту чи іншу мережу.
Досвід експлуатації показує, що близько 80 відсотків всієї пересилається інформації
замикається в рамках одного офісу, тому особливу увагу розробників
стали залучати так звані локальні обчислювальні мережі. Локальні обчислювальні
мережі відрізняються від інших тим, що вони звичайно обмежені помірною географічної
областю. Локальні мережі призначені для реалізації таких прикладних
функцій, як передача файлів, електронна графіка, обробка текстів, електронна
пошта, доступ до віддалених баз даних, передача цифрового мовлення. Локальні
мережі об'єднують ЕОМ, термінали, пристрої зберігання інформації, перехідні вузли
для підключення до інших мереж та ін Локальні мережі складають один з швидко розвиваються
секторів промислової засобів зв'язку, локальну мережу часто називають
мережею для автоматизованого установи. Локальна мережа характеризується наступними
характеристиками: - канали звичайно належать організації користувача; -
канали є високошвидкісними (1 - 400 Мбітс); - відстань між робочими
станціями, що підключаються до локальної мережі, зазвичай складає від декількох сотень
до декількох тисяч метрів; - локальна мережа передає дані між станціями користувачів
ЕОМ (деякі локальні мережі передають мовної та відеоінформації); -
пропускна здатність у локальній мережі як правило більше, ніж у глобальній
мережі; - канал локальної мережі зазвичай знаходиться в монопольної власності організації,
використовує мережу; - інтенсивність помилок в локальній мережі нижче в порівнянні
з мережею на базі телефонних каналів; - децентралізація термінального обладнання,
в якості якого використовуються мікропроцесори, дисплеї, касові пристрої
і т.д. - дані передаються по загальному кабелю, до якого підключені всі абоненти
мережі; - можливість реконфігурації та розвитку шляхом підключення нових терміналів; -
Наявність локальної мережі дозволяє спростити і здешевити персональні ЕОМ,
оскільки вони колективно використовують у режимі поділу часу найбільш дорогі
ресурси: дискову пам'ять і друкувальні пристрої. Актуальність локально-обчислювальних
мереж У виробничій практиці ЛОМ грають дуже велику роль.
За допомогою ЛОМ у систему об'єднуються персональні комп'ютери, розташовані на
багатьох віддалених робочих місцях, що використовують спільне обладнання,
програмні засоби й інформацію. Робочі місця співробітників перестають бути ізольованими
і об'єднуються в єдину систему, яка має свої особливі переваги,
одержувані при мережному об'єднанні персональних комп'ютерів у виді внутривиробничої
обчислювальної мережі: 1. Поділ ресурсів - дозволяє економно
використовувати ресурси, наприклад, управляти периферійними пристроями, такими
як лазерні друкувальні пристрої, із усіх приєднаних робочих станцій.
2. Поділ даних - надає можливість доступу і керування базами даних
з периферійних робочих місць, що потребують інформації. 3. Поділ програмних
коштів - надає можливість одночасного використання централізованих,
раніше встановлених програмних засобів. 4. Поділ ресурсів процесора
- Можливість використання обчислювальних потужностей для обробки даних
іншими системами входять у мережу. Надана можливість полягає
в тому, що на наявні ресурси не «накидаються» моментально, а тільки лише через
спеціальний процесор, доступний кожній робочій станції. 5. Багатокористувацький
режим - розраховані на багато властивості системи сприяють одночасному
використанню централізованих прикладних програмних засобів, раніше встановлених
і керованих, наприклад, якщо користувач системи працює з іншим завданням,
то поточна виконувана робота відсувається на задній план. Основні області
застосування локальних сетей1. Автоматизація адміністративної управлінської
діяльності, організація «електронних офісів», в яких замість паперового документообігу
використовується електронна пошта; 2. Автоматизація виробництва - автоматизація
технологічних процесів, інформаційне забезпечення оперативного управління
виробництвом, планово-економічне управління виробництвом; 3. Автоматизація
наукових досліджень і розробок; 4. Автоматизація навчання, підготовки
і перепідготовки кадрів; 5. Автоматизація засновницької діяльності. Структура
функціонування мережі. Структура локальної мережі визначається принципом управління
і типом зв'язку. Нерідко вона відображає в певних межах структуру
обслуговується організації. У локальних мережах можуть бути реалізовані різні види
топології: шинна, кільцева, радіальна, деревоподібна. Проте найбільш поширеними
є дві першого типу структур, що відрізняються простотою методів
управління, можливістю розширення і зміни конфігурації мережі без помітного
ускладнення засобів управління мережею, високою ефективністю використання каналів
зв'язку. Абонентські пристрої мережі підключаються в різних структурах або
до загальної шині або до кільця за допомогою мережевих адаптерів, що складаються з прийомопередавачів
та контролерів адаптера. Контролери адаптера, звані також блоками
доступу, виконують такі функції: прийом даних з каналу, видачу їх у канал,
та ін Приймач здійснюють узгодження електричних сигналів каналу
і абонентських станцій. У шинної локальної мережі все абонентські станції підключаються
до загальної мережі паралельно, тому принциповою особливістю мережі такого
типу є паралельна в часі передач інформації всім абонентам. Абонентська
станція отримала в своє розпорядження шину, передає по ній забезпечене
адресою повідомлення або пакет (кадр). Кадр практично одночасно сприймається
усіма станціями, розпізнається однієї з них як їй адресованої і приймається
нею. Переваги шинної мережі: - можливість додавання або виключення вузлів без
повторної ініціалізації мережі; - забезпечення працездатності мережі при виході
з ладу одного або декількох вузлів; - можливість розподіленого управління
роботою мережі через вузлові інтерфейси; - значне підвищення надійності роботи
мережі за рахунок використання коаксіального кабелю. Основний недолік шинної мережі
- Неможливість одночасної передачі інформації декількома станціями. В
кільцевої локальної мережі, кільце утворюють кілька каналів, які зв'язуються
послідовно один з одним за допомогою Приемопередающий блоків. До приемопередатчиком
через адаптери приєднуються абонентські станції. Таким чином прінціпіалной
особливістю таких мереж є послідовна в часі передача
інформації абонентам. Переваги кільцевих локальних мереж: - при використанні
відповідних детермінованих методів доступу в таких мережах не тільки гарантується
доступ кожного абонента через певні проміжки часу незалежно
від навантаження мережі, але й допускається одночасна передача інформації декількома
абонентами; - невисока вартість мережевих інтерфейсів, що реалізують прямі
методи передачі та управління доступом до мережі; - порівняльна простота використання
волоконно-оптичної лінії зв'язку. Недоліки кільцевих мереж: - при додаванні
або заміні вузла необхідні зупинка в роботі мережі і тимчасовий розрив кільця; -
вихід з ладу вузла мережі перериває роботу всієї мережі. У шинної і кільцевої
мережах проблема маршрутизації повідомлень практично відсутня, тому що маршрути
передач фіксовані. Сучасні мережі побудовані за принципом багаторівневого.
Щоб організувати зв'язок двох комп'ютерів, потрібно спочатку створити зведення правил
їх взаємодії, визначити мову їхнього спілкування. Ці правила називаються протоколом.
Для роботи мереж необхідно запастися безліччю різних протоколів:, наприклад,
керуючих фізичної зв'язком, встановленням зв'язку по мережі, доступом до
різних ресурсів, тощо. Багаторівнева структура спроектована з метою спростити
й упорядкувати цю безліч протоколів і відносин. Взаємодія
рівнів у цій моделі - субордінарное. Кожен рівень може реально взаємодіяти
тільки із сусідніми рівнями, віртуально - тільки в аналогічним рівнем
на іншому кінці лінії. Під реальною взаємодією розуміється безпосереднє
взаємодію, безпосередню передачу інформації, наприклад передавання даних
в оперативній пам'яті з області, відведеній однієї програми, в область іншої
програми. При безпосередній передачі дані залишаються незмінними весь час.
Під віртуальним взаємодією розуміється опосередкована взаємодія і
передачу даних, дані в процесі передачі можуть вже певним, наперед обумовленим
способом видозмінюватися. Така взаємодія аналогічно схемі ланцюга посилки
одним директором фірми іншому. Всі локально-обчислювальні мережі працюють
в одному стандарті прийнятому для комп'ютерних мереж - у стандарті Open Systems Interconnection
(OSI). Для єдиного уявлення даних у лініях зв'язку, по яких
передається інформація, сформована Міжнародна організація по стандартизації
(анг. ISO - International Standards Organization). ISO призначена для розробки
моделі міжнародного комунікаційного протоколу, у рамках якої можна
розробляти міжнародні стандарти. Для правильної і, отже, повної
і безпомилкової передачі даних необхідно притримуватися узгоджених і встановлених
правил. Всі вони обговорені в протоколі передачі даних. Сучасне
положення локальних мереж На поточному етапі розвитку об'єднання склалася ситуація
коли: 1. В об'єднанні є велика кількість комп'ютерів працюють окремо
від всіх інших комп'ютерів і не мають можливість гнучко обмінюватися
з іншими комп'ютерами інформацією. 2. Неможливо створення загальнодоступної бази
даних, накопичення інформації при існуючих обсягах і різні способи обробки
та зберігання інформації. 3. Існуючі локально-обчислювальні мережі об'єднують
в собі невелику кількість комп'ютерів і працюють тільки над конкретними
і вузькіми завданнями. 4. Накопичені програмне та інформаційне забезпечення не
використовується в повному обсязі і не має спільного стандарту зберігання. 5. За наявної
можливості підключення до глобальних обчислювальних мереж типу Internet
необхідно здійснити підключення до інформаційного каналу не однієї групи користувачів,
а всіх користувачів за допомогою об'єднання в групи. Для вирішення даної
проблеми запропоновано створити єдину інформаційну мережу підприємства. Вона повинна
виконувати такі функції: - створення єдиного інформаційного простору,
який здатний охопити і застосовувати для всіх користувачів інформацію створену
в різний час і під різними типами зберігання і обробки даних, розпаралелювання
і контроль виконання робіт і обробки даних по них. - Підвищення достовірності
інформації та надійності її зберігання шляхом створення стійкої до збоїв
і втрати інформації обчислювальної системи, а також створення архівів даних,
які можна використовувати, але на даний момент потреби в них немає. -
Забезпечення ефективної системи накопичення, зберігання та пошуку технологічної,
техніко-економічної і фінансово-економічної інформації по поточній роботі і
виконану деякий час тому (інформація архіву) за допомогою створення глобальної
бази даних. - Обробка документів і побудови на базі цього діючої
системи аналізу, прогнозування та оцінки обстановки з метою прийняття оптимального
рішення та вироблення глобальних звітів. - Забезпечувати прозорий доступ до
інформації авто-різованному користувачеві у відповідності з її правами і привілеями.
Методи доступу, що застосовуються в локальних мережах Основною проблемою при побудові
локальних мереж є вибір правил, що регламентують порядок
передачі станцій на загальній середовищі. Складність проблеми полягає в тому, що окремі
станції повинні здійснювати передачу таким чином, щоб не заважати один
одному, оскільки при одночасної передачі сигналів від двох і більше число станцій
відбувається накладання і взаємне спотворення сигналів, відбувається так званий
конфлікт. При цьому локальні мережі прагнуть будувати таким чином, щоб
на мережі не було якогось координуючого центру (диспетчера) і всі станції
могли працювати автономно. Для вирішення цього завдання розроблений ряд методів регламентації
передачі, або методів множинного доступу. Всі методи доступу, які застосовуються
в локальних мережах, можна підрозділити на дві категорії: методи, що базуються
на централізованому управлінні мережею, та розподілені методи доступу. Для
практичного застосування в умовах забезпечення високої надійності найбільший
інтерес надають розподілені методи доступу, в яких центральний керуючий
орган відсутній і всі станції мережі функціонують автономно. За таких
методах доступу мережа надійніша, оскільки в ній відсутній критичний пункт
- Центральна станція, відмова якої виводить з ладу всю систему. Розподілені
методи доступу для локальних мереж з топологією типу можна підрозділити
на чотири основні категоріі.1. Випадкові методи доступу, коли момент виходу на
середу передачі визначається з використанням механізму випадкового вибору. Вперше
цей метод був запропонований в системі ALOHA, в якій вузол починав передачу
свого пакета в момент його появи незалежно від наявності передачі в каналі зв'язку
від інших вузлів. Такий режим може призводити до конфліктів, коли два або більше
число вузлів здійснюють одночасну передачу і тим самим взаємно спотворюють
передаються пакети. Спотворені в процесі конфлікту пакети повторно передаються
через випадково вибраний інтервал часу і можуть потрапляти в повторні конфлікти.
Дослідження ефективності використання пропускної здатності середовища передачі
показало, що максимальний коефіцієнт використання (відношення максимальної
швидкості передачі до пропускної спроможності) не перевищує 0,184. При збільшенні
навантаження ймовірність конфлікту зростає і час затримки до успішної передачі
збільшується. Для зменшення ймовірності появи конфлікту використання
пропускної спроможності був розроблений ряд модифікацій цього методу. Випадковий
множинний доступ з контролем несучої (CSMA), випадкові множинний доступ
з контролем несучої і виявленням конфліктів (CSMA/CD), який використовується в одній
з перших локальних мереж Ethernet. Відмінність методу CSMA від ALOHA полягає в тому,
що в ньому кожен вузол контролює наявність передачі в середовищі від інших вузлів
і в момент надходження пакету у вузол: передача починається лише в тому випадку, якщо
в даний момент середу вільна. Якщо в момент передачі виник конфлікт, робиться
спроба його дозволу, наприклад затримка передачі на випадковий інтервал часу.
Нова спроба може призвести до успішної передачі або повторення конфлікту.
Відомі й більш складні процедури вирішення конфлікту, що забезпечують збільшення
пропускної здатності мережі. Метод CSMA/CD відрізняється від CSMA тим, що
вузол, що здійснює передачу, контролює виникнення конфлікту в процесі передачі,
і якщо він виявляє появу конфлікту, передача припиняється і реалізується
та чи інша процедура спроби виходу з конфліктної ситуації. Ефективність
використання середовища передачі в таких системах істотно залежить від інтервалу
часу між початком передачі пакету і тим моментом, коли всі вузли дізнаються
про заняття середовища. Перевагою випадкових методів доступу є простота реалізації
і низький час затримки при малих навантаженнях на мережу. Проте вони мають
і серйозними недоліками, в числі яких можна вказати відсутність гарантованого
верхньої межі часу затримки до успішної передачі пакета, що виключає
можливість застосування цього методу в системах, що вимагають передачі в реальному
масштабі часу з заданими граничними затримками; нестабільну роботу
при збільшенні вхідної навантаження, при якій частота успішної передачі пакетів
знижується, а затримка різко збільшується; різке зниження ефективності використання
середовища передачі. Незважаючи на це, метод CSMA/CD отримав досить широке
поширення і передбачається в числі міжнародних стандартів. 2. Маркерні
методи доступу, при яких право на заняття середовища передається від вузла до
вузла в певній послідовності (по логічного кільця) або за пріоритетами
у формі спеціальних повідомлень (маркерів). Вузол, що отримав маркер, може здійснювати
передачу на протязі певного часу, після чого зобов'язаний передати маркер
наступного вузла. Перевагами цього методу є гарантоване граничне
час затримки передачі пакету і відсутність нестабільного режиму передачі,
характерного для випадкових методів доступу. Недолік - складність реалізації
процедур ініціалізації логічного кільця, включення - виключення вузлів з логічного
кільця, процедури відновлення роботи мережі після відмов або при втраті
маркера, і т.д. крім того, сама передача маркера вимагає передачі певного
обсягу службової інформації, що призводить до зниження ефективності використання
середовища передачі.3. Інтервальні методи доступу характеризуються використанням
в процедурі доступу тимчасових інтервалів, пов'язаних з моментом звільнення
середовища після передачі пакета. Вузол має право на передачу, якщо він спостерігає
вільну середу після передачі пакета яких-небудь вузлом на протязі певного
інтервалу часу, який залежить від конкурентної процедури доступу. Інтервальні
методи доступу в залежності від способу розташування вузлів на середовищі передачі
можна підрозділити на дві категорії: для мереж з упорядкованим і з довільною
розташуванням. При упорядкованому розташуванні вузлів послідовність передачі
права на зайняття середовища збігається з послідовністю розміщення вузлів на
середовища передачі. Для мереж з довільним розташуванням послідовність підключення
вузлів на мережі не пов'язана з послідовністю передачі права на зайняття
середовища. Методи доступу підрозділяються також за видом інформації, яка використовується
в процесі прийняття рішення про можливість передачі з даного вузла. У простому
випадку у процедурі використовується лише інформація про час звільнення
середовища передачі у даному сайті, номер даного вузла і максимальному часу
поширення сигналу між найбільш віддаленими вузлами мережі. У складніших
процедурах може використовуватися також інформація про номер вузла, який останнім
вів передачу, про час розповсюдження між парами вузлів і про інші параметрах.4.
Інтервальні-маркерні методи доступу, при яких право на заняття
середовища визначається часовими інтервалами після передачі пакета або спеціального
маркера. Якщо мережа досить завантажена, то в ній йде безперервна передача
пакетів з інтервалами, які визначаються процедурою доступу. Якщо ж у мережі пакетів
ні, здійснюється передача сінхромаркеров, які служать опорними тимчасовими
мітками для відліку тимчасових інтервалів, що визначають право заняття середовища передачі
вузлами мережі при появі у них пакетів. Ще однією характеристикою, за якою
можуть відрізнятися методи доступу, є порядок передачі між вузлами
права на зайняття середовища, тобто порядок передачі управління, або режим пріоритетів.
За цим критерієм можна виділити наступні можливі режими: - послідовний
циклічний доступ, при якому всі вузли в певній послідовності
отримують право на передачу пакетів. Жоден з вузлів не володіє якими-небудь
перевагами в порівнянні з іншими вузлами. При такому методі передачі управління
для кожного вузла гарантовано кінцеве граничне час затримки пакету, не
залежне від активності інших вузлів; - пріоритетний циклічний доступ, при якому
управління послідовно передається між усіма вузлами мережі, однак вузол,
провідний передачу, володіє пріоритетом по відношенню до інших вузлів - він може
продовжувати передачу до тих пір, поки у нього є пакети. У цьому випадку можливий
захоплення середовища окремими вузлами і внаслідок цього граничне час затримки
не гарантоване; - частково-пріоритетний циклічний доступ, при якому вузол,
провідний передачу, володіє пріоритетом лише над частиною вузлів, наприклад над
вузлами з меншими номерами, якщо вузли з великими номерами не мають пакетів для
передачі. Якщо всі вузли мають пакети, то цей метод доступу забезпечує послідовний
обхід всіх вузлів. Ліміт час затримки для всіх вузлів мережі в цьому
випадку не гарантується; - пріоритетний доступ, при якому після передачі будь-яким
вузлом управління переходить до вузла з найбільшим пріоритетом, якщо цей вузол
не має пакетів, - до вузла наступного пріоритету, тощо. Ліміт час затримки
в цьому випадку гарантується лише для вузлів з найбільшим пріоритетом; - доступ
з пріоритетним розподілом пропускної здатності, при якому в умовах,
коли всі вузли мають пакети для передачі, пропускна здатність середовища розподіляється
пропорційно заданим пріоритетам. Ліміт час затримки при цьому
методі гарантується усіх вузлів. Список використаних джерел: 1 С.І. Казаков
«Основи мережевих технологій» 2 токаном «Теорія економічного аналізу» глава
«Інформаційні системи на підприємстві» 3 Бертсекас, Галлагер «Мережі передачі
даних »4 Лорін« Операційні системи/пер. з англ. Райкова »- М.: Фінанси і статистика
1984 14