Текст книги "Информационные системы в экономике. Шпаргалка"

17 СТАНДАРТНЫЕ ПРОТОКОЛЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО СЕТИ

Стандартные протоколы, используемые программным и аппаратным обеспечением ЛВС, определяют способ передачи данных по сети. Наиболее распространенными являются модели стандартных протоколов OSI и IEEE Project 802.

Международная организация по стандартизации ISO (International Standards Organization) разработала базовую модель взаимодействия открытых–систем OSI (Open Systems Interconnection), которая стала международным стандартом передачи данных. Модель OSI разбивает сетевое соединение на семь уровней:

1) уровень приложений (Application Layer), где работают пользовательские приложения. Данный уровень не предоставляет своих услуг другим уровням модели;

2) уровень представления (Presentation Layer), где обеспечивается возможность понимания уровнем приложений одного компьютера информации, посланной уровнем приложений другого. Задачи представительского уровня – трансляция данных из одного формата в другие, сжатие данных и их шифровка;

3) сеансовый уровень (Session Layer), где организуются диалог между процессами на разных машинах, управление этим диалогом и прерывание его по окончании;

4) транспортный уровень (Transport Layer), где обеспечиваются взаимодействие между приложениями и коммуникационными уровнями, а также разбиение данных на пакеты и их доставку адресатам;

5) сетевой уровень (Network Layer), где обеспечивается возможность соединения двух конечных систем, находящихся в разных подсетях;

6) уровень канала данных (Data–Link Layer), где организуется надежная передача данных через канал связи. Этот уровень обеспечивает физическую адресацию, уведомления об ошибках, порядок доставки пакетов и управление потоком данных;

7) физический уровень (Physical Layer), где определяются электрические, механические, процедурные и функциональные спецификации, управляющие физическим соединением узлов сети. Данный уровень определяет тип среды передачи, методы передачи и т.п. Основная идея модели OSI заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль, благодаря чему общая задача передачи данных делится на отдельные подзадачи.

Протокол передачи данных – это необходимые соглашения для связи одного уровня с выше–и нижерасположенными уровнями.

Пакет документов Project 802 был разработан институтом IEEE. От модели OSI он отличается тем, что более детально определяет стандарты для физических компонентов сети.

Кроме ISO и IEEE, разработкой собственных протоколов занимаются многие фирмы. Например, фирмой «IBM» был разработан сетевой протокол IBM NetBIOS (Network Basic Input Output System – Сетевая операционная система ввода–вывода).

18 ЕДИНИЦЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ И МЕТОДЫ ДОСТУПА В ЛОКАЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ

Пакет – это небольшой блок информации, который легче и быстрее передается по сетевому кабелю. Пакеты являются основными единицами информации в сетевых коммуникациях.

Все пакеты включают в себя следующие сетевые компоненты:

1) адрес источника;

2) информацию;

3) адрес места назначения;

4) инструкции и информация для проверки ошибок. Стандартный пакет состоит из трех разделов:

1) заголовка, который включает сигнал, определяющий содержание пакета, адрес источника информации, адрес места назначения, информацию, синхронизирующую передачу;

2) информации для передачи;

3) трейлера, т.е. информации для проверки ошибок.

В случае если в ЛВС несколько компьютеров должны иметь совместный доступ к кабелю, возникает такая проблема передачи данных, как коллизия.

Коллизия – это попытка одновременной передачи пакетов данных двумя или более компьютерами, что вызывает «столкновение» данных и их повреждение.

Для избежания подобных ошибок необходимо управлять потоком информации в сети с помощью методов доступа к данным.

Метод доступа к данным – это набор правил и инструкций, определяющих, как компьютер должен отправлять и принимать данные по сетевому кабелю.

Существуют три основных метода доступа к данным:

1) множественный доступ с контролем несущей. Выделяют две разновидности этого метода доступа:

а) CSMa/CD – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий, характеризующийся тем, что перед началом передачи компьютер определяет, свободен канал передачи данных или занят. Если канал свободен, компьютер начинает передачу;

б) CSMA/cA – множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий, характеризующийся тем, что каждый компьютер перед этапом передачи данных в сеть сигнализирует о своем намерении остальным компьютерам, что позволяет избежать возможных коллизий. Метод доступа CSMA/CA работает медленнее, чем CSMA/CD;

2) доступ с передачей маркера.

Маркер – это пакет особого типа, перемещающийся по ЛВС от компьютера к компьютеру. Чтобы переслать информацию в сети, компьютеру необходимо дождаться прихода свободного маркера. Заполнив маркер информацией, а также адресом отправителя и получателя посылаемых данных, компьютер отправляет его по сетевому кабелю. В этом случае другие компьютеры уже не могут передавать свои данные;

3) доступ по приоритету запроса.

Это один из самых новых методов доступа, характеризующийся тем, что связь осуществляется только между компьютером–отправителем, концентратором и компьютером–получателем, т.е. концентратор управляет доступом к кабелю и передачей информации.

19 СЕТЕВЫЕ АРХИТЕКТУРЫ ЛОКАЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Сетевая архитектура ЛВС представляет собой совокупность различных комбинаций сетевых топологий, протоколов передачи данных и стандартных методов доступа к данным. Выделяют три основных типа сетевых архитектур ЛВС.

1. Локальная сеть Token Ring. Модель ЛВС Token Ring была разработана в 1984 г. фирмой «IBM». Данная сетевая модель характеризуется следующими параметрами:

1) среда передачи данных – витая пара (UPT или SPT) или оптоволоконный кабель;

2) скорость передачи данных – 4 Мбит/с или 16 Мбит/с;

3) технология передачи данных – узкополосная;

4) сетевая топология – «звезда» или «кольцо»;

5) метод доступа – доступ с передачей маркера или маркерное кольцо (Token Ring).

В локальной сети !ВМ Тоkеn Ring используются три типа пакетов:

1) пакет управление/данные (Data/Command Frame) – осуществляет передачу данных или команд управления работой всей сети;

2) маркер (Token) – позволяет рабочей станции начать процедуру передачи данных;

3) пакет сброса (Abort) – вызывает прекращение любых передач в сети.

2. Локальная сеть ArcNet. Сеть ArcNet (Attached Resource Computer NETwork) была разработана корпорацией «Datapoint» в 1977 г. В дальнейшем лицензию на сети ArcNet приобрела корпорация «SМС». Сетевая модель ArcNet характеризуется следующими параметрами:

1) среда передачи данных – коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель;

2) скорость передачи данных – 2,5 Мбит/с, у расширенной версии ArcNetplus – 20 Мбит/с;

3) технология передачи данных – широкополосная;

4) сетевая топология – «звезда» или «шина»;

5) метод доступа – доступ с передачей маркера или маркерная шина (Token Bus). Сетевая архитектура ArcNet соответствует стандартам категории IEEE 802.4.

В ЛВС ArcNet используются пять типов пакетов:

1) пакет 1ТТ (Information To Transmit) – приглашение к передаче;

2) пакет FBE (Free Buffer Enquiries) – запрос о готовности к приему данных;

3) пакет данных;

4) пакет АСК (ACKnowledgments) – подтверждение приема;

5) пакет nAk (Negative AcKnowledgments) – неготовность к приему.

3. Локальная сеть Ethernet.

Сетевая архитектура Ethernet была разработана в 1975 г. компанией «Xerox Corp». На базе данной модели институтом IEEE был разработан стандарт IEEE 802.3. Архитектура Ethernet характеризуется следующими параметрами:

1) среда передачи данных – толстый и тонкий коаксиальный кабели, а также неэкраниро–ванная витая пара (UTP);

2) скорость передачи данных – 10 и 100 Мбит/с;

3) технология передачи данных – узкополосная;

4) сетевая топология – линейная шина (или комбинация «звезда»—«шина»);

5) метод доступа – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD).

20 КОММУНИКАЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Коммуникационное оборудование используется для обеспечения работоспособности локальной вычислительной сети, обеспечения передачи данных в сети и расширения сети. К стандартному коммуникационному оборудованию относятся следующие устройства:

1) репитер – это устройство, которое используется в том случае, если длина всей ЛВС превышает максимальную длину сегмента сети. При этом ЛВС делится на несколько сегментов, которые соединяются через репитер. Основные функции репитера – принятие затухающего сигнала из одного сегмента, его усиление и передача в другой сегмент. Каждый из сегментов, подключенных к репитеру, должен использовать одинаковые пакеты и протоколы. При использовании репитера надежность работы всей сети повышается, так как повреждение одного сегмента ЛВС не окажет влияния на работу всех остальных сегментов сети;

2) мост – это устройство, позволяющее не только объединять несколько сегментов или локальных сетей рабочих групп, но и разбивать ЛВС на отдельные сегменты с уменьшенным трафиком. Основное преимущество мостов заключается в том, что они допускают использование в сети различных протоколов (например, мост позволяет транслировать пакеты Ethernet в пакеты Token Ring). Для соединения двух ЛВС, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, используются два удаленных моста;

3) модем (МО дулятор –ДЕМ одулятор) – это устройство, которое позволяет преобразовать данные из цифровой формы, в которой они хранятся в компьютере, в аналоговую, в которой они могут быть переданы по телефонной линии и обратно. Процесс передачи данных по телефонным линиям происходит в форме электрических колебаний, а в компьютере информация хранится в виде кодов. Для передачи информации от компьютера через телефонную линию машинные коды необходимо преобразовать в электрические колебания, т.е. осуществить модуляцию. Для того чтобы адресат смог прочитать на своем компьютере то, что ему отправлено, электрические колебания должны быть преобразованы обратно в машинные коды (демодуляция);

4) маршрутизатор – это устройство, используемое при объединении нескольких сетевых сегментов с различными протоколами и архитектурами. Это коммуникационное оборудование определяет не только адрес каждого сегмента, но и наилучший маршрут для передачи данных;

5) шлюз – это устройство, которое используется, если две сетевые среды используют разные коммуникационные протоколы, структуры и форматы данных, сетевые архитектуры, языки. В ЛВС один компьютер выступает в роли шлюза в том случае, если идет обмен информацией между рабочими станциями и мэйнфреймом.

21 СЕТЕВЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

В широком смысле сетевая операционная система (NOS – Network Operation System) – это совокупность операционных систем отдельных компьютеров, которые контактируют друг с другом сцелью обмена информацией и разделения ресурсов по единым правилам (протоколам).

В узком смысле сетевая операционная система (ОС) – это операционная система отдельной рабочей станции, обеспечивающая ей работу в сети.

Сетевая операционная система состоит из нескольких компонент:

1) средств управления локальными ресурсами компьютера (например, распределение оперативной памяти между выполняемыми процессами);

2) средств предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование (серверная часть ОС);

3) средств запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использования (клиентская часть ОС);

4) средств ОС, посредством которых происходит обмен сообщениями в сети (коммуникационные средства).

Любая сетевая операционная система должна обеспечивать выполнение таких функций, как эффективное управление ресурсами, предоставление удобного многооконного пользовательского интерфейса и т.д. С 1990–х гг. к созданию сетевых операционных систем стали предъявляться стандартные требования:

1) расширяемость;

2) переносимость;

3) надежность;

4) совместимость;

5) безопасность;

6) производительность.

В зависимости от выполняемых функций сетевые операционные системы делятся на созданные специально для одноранговых сетей и сетей с выделенным сервером. На серверных компьютерах желательно устанавливать ОС, специально оптимизированные для выполнения тех или иных серверных функций. Поэтому в сетях с выделенными серверами чаще всего используются сетевые операционные системы, в состав которых входит нескольких вариантов ОС, отличающихся возможностями серверных частей.

Сетевые операционные системы в зависимости от масштаба обслуживаемых сетей классифицируются на следующие виды:

1) сети отделов, объединяющие небольшую группу сотрудников конкретного предприятия или организации. Основная задача сетевой операционной системы заключается в процессе разделения локальных ресурсов;

2) сети уровня кампусов, объединяющие несколько сетей отделов предприятия внутри отдельного здания или внутри одной территории в единую ЛВС. Основная функция ОС – предоставление доступа сотрудникам одних отделов к информации и ресурсам сетей других отделов;

3) корпоративные сети (или сети предприятия), объединяющие все ЛВС отдельного предприятия, находящиеся на различных территориях. Корпоративные сети являются глобальными вычислительными сетями. ОС на данном уровне должны поддерживать более широкий набор сервисов.

22 СЕМЕЙСТВО ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ UNIX

Изначально проект операционной системы UNIX был создан сотрудниками лаборатории Bell Labs фирмы «AT&T» К. Томпсоном и Д. Ритчи более 20 лет назад. Первая разработанная операционная система семейства UNIX была реализована на ассемблере. Название UNIX (Uniplex Information and Computing Services) было дано ей сотрудником Bell Labs Б. Керниганом, который назвал ее UNICS. Но вскоре операционная система стала называться просто UNIX.

В 1973 г. Д. Ритчи разработал язык программирования высокого уровня С (Си), и вскоре операционная система UNIX была заново переписана на этом языке. После публикации Д. Ритчи и К. Томпсона в 1974 г. в журнале CACM о своей разработке ОС UNIX начала применяться повсеместно.

Главная проблема ОС семейства UNIX – несовместимость различных версий. Многочисленные попытки стандартизации версий UNIX окончились неудачей, потому что наибольшее распространение получили две несовместимые версии этой операционной системы: линия фирмы «AT&T» – UNIX System V, и линия университета Berkeley – UNIX BSD.

Многие фирмы на основе этих версий разработали свои версии UNIX: SunOS и Solaris фирмы «Sun Microsystems», AIX фирмы «IBM», UnixWare фирмы «Novell» и др.

В 80–х гг. было разработано микроядро Mach, которое представляло собой основу для эмуляции (воссоздания) работы UNIX и других операционных систем. С помощью этого микроядра ОС Berkeley UNIX была преобразована для работы в пользовательском пространстве вформе прикладной программы.

Одна из последних версий UNIX System V Release 4 вобрала в себя лучшие черты линий UNIX System V и UNIX BSD, однако этот вариант операционной системы считается незавершенным, так как в нем отсутствуют системные утилиты, необходимые для успешного использования ОС.

Однако общими чертами для любой операционной системы UNIX являются:

1) многопользовательский режим со средствами защиты данных от несанкционированного доступа;

2) реализация мультипрограммной обработки в режиме разделения времени, основанная на использовании алгоритмов вытесняющей многозадачности; повышение уровня мультипрограммирования;

3) унификация операций ввода–вывода на основе расширенного использования понятия «файл»;

4) иерархическая файловая система, образующая единое дерево каталогов независимо от количества физических устройств, используемых для размещения файлов;

5) переносимость системы за счет написания ее основной части на языке C;

6) разнообразные средства взаимодействия процессов, в том числе и через сеть;

7) кэширование диска для уменьшения среднего времени доступа к файлам.

23 ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА LINUX

В основе операционной системы Linux лежит проект Л. Торвальда, студента Хельсинкского университета, в котором студенты пользовались программой Minix. Л. Торвальд создал эффективную ПК–версию Unix для пользователей Minix, назвав ее Linux.

В 1999 г. им была выпущена версия Linux 0.11, которая мгновенно распространилась по Internet и в последующие годы подвергалась доработкам со стороны других программистов, которые ввели в нее возможности и особенности, присущие стандартным Unix – системам.

Вскоре операционная система Linux стала наиболее популярным проектом ОС UNIX конца XX в.

Главное достоинство ОС Linux заключается в том, что данная ОС может применяться на компьютерах любой конфигурации – от настольного ПК до мощных многопроцессорных серверов.

Linux выполняет многие из функций, традиционных для ОС DOS и Windows: управление файлами, управление программами, взаимодействие с пользователями и др.

Следует отметить, что ОС Linux отличается особой мощностью и гибкостью, предоставляя в распоряжение ПК скорость и эффективность Unix, с использованием при этом всех преимуществ современных персональных машин.

При этом Linux ( как и все версии Unix) является многопользовательской и многозадачной операционной системой.

ОС Linux является некоммерческим проектом, поэтому, в отличие от Unix, ОС Linux распространяется среди пользователей бесплатно в рамках Фонда бесплатного программного обеспечения, благодаря чему эта ОС стала доступна всем желающим.

В связи с тем что Linux – некоммерческая ОС, ее зачастую не считают профессиональной ОС. В действительности Linux можно охарактеризовать как настольную версию профессиональной ОС Unix. Преимущество ОС Unix заключается в том, что ее разработка и последующее развитие шли параллельно с революцией в области вычислительной техники и коммуникаций, которая длится уже несколько десятилетий.

На основе Unix были созданы совершенно новые технологии.

Сама по себе ОС Unix построена таким образом, что ее можно модифицировать, создавая тем самым различные версии. Поэтому существует множество различных официальных вариантов Unix, а также версий, соответствующих конкретно поставленным задачам.

Разрабатываемую в этом контексте ОС Linux можно рассматривать как еще один вариант Unix, созданный специально для ПК.

ОС Linux имеет несколько редакций, потому что каждая фирма–производитель комплектует систему и ее программное обеспечение по–своему, выпуская затем пакет с собственной редакцией этой системы. При этом разные редакции могут включать в себя модифицированные версии программ и новое программное обеспечение.

24 CЕМЕЙСТВО СЕТЕВЫХ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ ФИРМЫ «NOVELL»

Одной из первых фирм, которая начала производить как аппаратные, так и программные средства для ЛВС, была компания «Novell». В последнее время фирма «Novell» сконцентрировала усилия на программных средствах ЛВС. Наибольшую известность фирме «Novell» принесли сетевые операционные системы семейства NetWare, ориентированные на сети с выделенными серверами.

Основное внимание фирма «Novell» сосредоточила на разработке высокоэффективной серверной части ОС NetWare, поставив себе цель, чтобы ОС обеспечивала максимально возможную для данного класса компьютеров скорость удаленного доступа к файлам и повышенную безопасность данных. Поэтому для серверной части своих ОС «Novell» разработала специализированную операционную систему, оптимизированную на файловые операции и использующую все возможности процессоров Intel х386 и выше. В развитии сетевых операционных систем фирмы «Novell» можно выделить несколько этапов:

1) 1983 г. – появление первой версии NetWare;

2) 1985 г. – появление системы Advanced NetWare v1.0, расширяющей функциональные возможности ОС сервера;

3) 1986 г. – появление версии 2.0 системы Advanced NetWare, отличающейся от предыдущих версий более высокой производительностью и возможностью объединения разнородных на канальном уровне сетей. Эта ОС обеспечила возможность подключения к одному серверу до четырех сетей с различной топологией;

4) 1988 г. – появление ОС NetWare v2.15, добавившей к NetWare средства поддержки компьютеров семейства Macintosh;

5) 1989 г. – появление первой версии 32–разрядной ОС для серверов с микропроцессором 80386 – NetWare 386 v3.0;

6) 1993 г. – появление ОС NetWare v4.0, которая стала во многих отношениях революционно новым продуктом. Отличительными чертами версий NetWare v4. хх являются:

1) специализированная система управления ресурсами сети (NetWare Directory Services – NDS);

2) для управления памятью используется только одна область;

3) новая система управления хранением данных (Data Storage Management) состоит из трех компонент:

а) фрагментации блоков, или разбиение блоков данных на подблоки (Block Suballocation);

б) упаковки файлов (File Compression);

в) перемещения данных (Data Migration);

4) встроенная поддержка протокола передачи серии пакетов (Packet–Burst Migration);

5) все системные сообщения и интерфейс используют специальный модуль;

6) утилиты управления ОС NetWare поддерживают DOS, Windows и OS/2 – интерфейс. Недоработки ОС NetWare v4.0х не позволили ей завоевать рынок, поэтому более распространенной стала версия NetWare v4.1. Линии NetWare v5.x и NetWare v6 стали развитием ОС NetWare v4.