Практическая работа Задания для практической работы

Топология информационной сети

Важным понятием при построении информационной сети является поня- тие ее топологии. Под топологией вычислительной сети понимается конфигу- рация соединений ее отдельных компонентов. Топология влияет на производи- тельность сети и ее надежность.
Рассмотрим разные виды сетевых топологий.
Полносвязная топология — каждый компьютер сети связан со всеми остальными. Это достаточно громоздкий вариант (необходимо большое коли- чество коммуникационных портов, а для каждой пары компьютеров должна быть выделена своя, отдельная электрическая линия связи). Используется в многомашинных комплексах или в глобальных сетях при небольшом количе- стве компьютеров.
Ячеистая топология — получается путем удаления из полносвязной то- пологии некоторых возможных связей (непосредственно связываются только компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для несвязанных компьютеров используется транзитная передача данных через промежуточные узлы). Характерна для глобальных сетей.
Топология «звезда» представлена на рисунке (рис. 1.4). Здесь каждая ра- бочая станция подключается отдельным кабелем к центральному серверу либо


сервер и рабочие станции подключаются к центральному коммуникационному устройству — концентратору. Пропускная способность такой сети определяет- ся мощностью концентратора, поэтому скорость передачи информации от од- ной рабочей станции к другой — невысокая по сравнению с достигаемой в дру- гих топологиях. Конфигурация «звезда» получила распространение в основном благодаря ее дешевизне и простоте развертывания сети на ее основе.
Рис. 1.4. Архитектура сети типа «звезда»
При реализации кольцевой топологии рабочие станции последовательно связаны друг с другом в замкнутое кольцо: первая станция — со второй, вторая

• 
  с третьей и т. д., а последняя связана с первой (рис. 1.5.). В такой сети сооб- щения передаются по кругу. В большинстве случаев данные передаются только в одном направлении, когда только одна соседняя станция принимает данные и передает их дальше. Недостаток такой сети — ее низкая надежность: поскольку каждая станция должна участвовать в пересылке информации, в случае выхода из строя хотя бы одной из них парализуется работа всей сети.
  

Рис. 1.5. Кольцевая топология
Более надежной является кольцевая топология с двухсторонней передачей данных, когда кольцо строится на базе двух каналов связи с встречными пото- ками информации.

Шинную (горизонтальную) топологию также называют магистральной, так как здесь каждая рабочая станция подключаются к одному каналу связи. Это наиболее скоростная топология: каждое сообщение может приниматься всеми станциями и любая станция может передать сообщение любой другой. Функци- онирование сети при этом не зависит от состояния отдельной рабочей станции (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Архитектура сети типа «общая шина»
Древовидная топология представляет собой комбинацию вышеназванных топологий и называется «вертикальной», или «иерархической». Основание «де- рева» располагается в главной точке сети, где установлен файл-сервер; к нему ведут все коммутационные линии («ветви дерева»). Для подключения большого числа рабочих станций применяются коммутаторы. Коммутаторы, используе- мые только для разветвления сети, называют пассивными; коммутаторы, кото- рые, кроме этого, также усиливают сигнал, называют активными. Главный не- достаток древовидной сети — ее низкая надежность: вся сеть полностью зави- сит от «корневого» файл-сервера. Кроме того, при большом количестве рабо- чих станций снижается пропускная способность сети [2, 3, 4].
Для единого стандарта представления данных в линиях связи, по которым передается информация, была разработана базовая модель взаимодействия от- крытых систем — OSI (Open Systems Interconnetion). Основная идея этой моде- ли заключается в том, что весь процесс передачи данных разбивается на 7 уровней, благодаря чему общая задача передачи данных расчленяется на от- дельные, более легко обозримые и формализуемые задачи. Для каждого уровня системы OSI разработаны соответствующие стандарты. При этом каждый уро- вень использует нижерасположенные уровни, а также обслуживает вышестоя- щие уровни. Данные в пределах одной рабочей станции передаются от одного уровня к другому, а связь между рабочими станциями осуществляется на одном уровне. Необходимые соглашения для связи одного уровня с выше- и нижесто- ящими уровнями называют протоколами.
Представим уровни модели OSI [8]:

• 
  Уровень 1 — физический: определяет электрические, механические и процедурные параметры для физической связи в системах. Это характеристики кабелей, разъемов, сигналов.
  

• 
  Уровень 2 — канальный: управляет передачей данных между двумя уз- лами сети, формирует информацию, поступающую с первого уровня, обраба- тывает ошибки.
  
• 
  Уровень 3 — сетевой: устанавливает связь между абонентами, осуществ- ляет маршрутизацию.
  
• 
  Уровень 4 — транспортный: осуществляет непрерывную передачу дан- ных между двумя взаимодействующими процессами пользователей.
  
• 
  Уровень 5 — сеансовый: координирует прием/передачу данных в одном сеансе данных, выполняет проверку прав доступа к сетевым ресурсам.
  
• 
  Уровень 6 — представительный: выполняет интерпретацию передавае- мых данных, определяет форматы данных, алфавиты, коды представления спе- циальных и графических символов; используется для преобразования кадров данных, передаваемых по сетям, в экранный формат и формат печатного устройства.
  
• 
  Уровень 7 — прикладной: осуществляет пользовательское управление данными (пользователю представляется переработанная информация).
  

Любая вычислительная система работает под управлением операционной системы. Сетевая операционная система — это комплекс программ, организу- ющих работу сети, обеспечивающих передачу данных между компьютерами и распределяющих вычислительные и коммутационные ресурсы между задачами и пользователями. Сетевая ОС должна обеспечивать для пользователя стан- дартный и удобный доступ к сетевым ресурсам.
Сетевое программное обеспечение состоит из нескольких компонентов:

• 
  платформа сервера (операционная система сервера);
  
• 
  прикладные программы сетевых служб;
  
• 
  программы обеспечения связи для рабочих станций.
  

Эти компоненты, взаимодействуя, организуют сетевую среду, которая обеспечивает пользователю доступ к сетевым ресурсам. При этом платформа сервера обеспечивает выполнение основных функций сети, таких как поддерж- ка файловой системы, управление памятью, планирование задач. Прикладные программы сетевых служб выполняются в среде платформы сервера и обеспе- чивают дополнительные функции (например, блокирование записей и файлов), а также поддерживают запросы языка SQL к совместно используемому серверу баз данных. Программы обеспечения связи для рабочих станций (коммутаци- онные программы) обеспечивают связь между операционной системой рабочей станции и сетевой операционной системой, поддерживают протоколы связи, передают запросы по сети и принимают ответы. Коммутационные программы устанавливаются на рабочих станциях пользователя вместе с операционными

системами этих рабочих станций. При этом пользователь получает прямой до- ступ к ресурсам системы, используя сетевые команды.

Наиболее известной в мире и самой распространенной в России является сетевая операционная система NetWare фирмы Novell [2, 4].
Факторы, определяющие преимущества сетевого использования компью- теров:

• 
  устранение дублирования информации и проблем, связанных с актуали- зацией данных для отдельных пользователей одной организации;
  
• 
  экономичное коллективное использование в сети таких ресурсов, как про- граммное обеспечение, принтеры, дисковые объемные массивы памяти и т. п.;
  
• 
  повышение производительности за счет размещения в сети файл- серверов, серверов баз данных, телекоммуникационных серверов и других сер- веров приложений;
  
• 
  наличие электронной почты, проведение телеконференций и т. п.;
  
• 
  высокая надежность при наличии в сети дублирующих элементов единой распределенной системы обработки данных
  

Важным преимуществом компьютерных сетей перед централизованными системами является их способность выполнять параллельные вычисления. За счет этого в системе с несколькими обрабатывающими узлами (компьютерами) может быть достигнута производительность, превышающая максимально воз- можную на данный момент производительность любого отдельного, сколь угодно мощного процессора. А также использование сети приводит к улучше- нию процесса обмена информацией и взаимодействия между сотрудниками ор- ганизации, ее клиентами и поставщиками. Компьютерные сети снижают по- требность предприятий в других формах передачи информации, таких как те- лефон или обычная почта.

1.