Компьютерные сети и телекоммуникации XXI века

В ходе процесса передачи блок протокола управляет логикой  передачи по сети через схему доступа.

2.3 Методы доступа  в компьютерных сетях

Каждая сетевая  ОС использует определенную стратегию  доступа от одного компьютера к другому. Широко используются маркерные методы доступа (называемые селективной передачей), когда компьютер-абонент получает от центрального компьютера сети так  называемый маркер - сигнал на право ведения передачи в течение определенного времени, после чего маркер передается другому абоненту. При конкурентном методе доступа абонент начинает передачу данных, если обнаруживает свободной линию, или откладывает передачу на некоторый промежуток времени, если линия занята другим абонентом. При другом способе - резервировании времени - у каждого абонента есть определенный промежуток, в течение которого линия принадлежит только ему.

Наиболее часто  применяются две основные схемы:

• конкурентная (Ethernet);

• с маркерным  доступом (Token Ring, Arcnet).

Ведутся дебаты о  том, какая схема более эффективна - конкурентная или с маркерным  доступом. Сети с маркерным доступом обычно более медленные, но они дают более предсказуемыми свойствами, чем  конкурентные. По мере роста числа  пользователей у сетей с маркерным  доступом параметры ухудшаются медленнее, чем у конкурентных сетей. Эффективность  сети зависит от величины потока сообщений, который необязательно связан с  числом активных рабочих станций. По конкурентной схеме, когда много  рабочих станций одновременно пытаются пере-слать данные, возникают наложения. Таким образом, если большая часть обработки данных в сети выполняется локально (например, если рабочие станции заняты, главным образом, локальной подготовкой текстов), эффективность сети остается высокой, даже если к сети подключено много пользователей.

При схеме с маркерным  доступом эффективность непосредственно  определяем числом активных рабочих  станций, а не полным потоком сообщений, передаваемым по сети. Каждый дополнительный пользователь добавляет еще один адрес, по которому будет передан  маркер независимо от того, нуждается  или нет рабочая станция в  пересылке сообщения.

Сеть Ethernet использует для управления передачей данных по сети конкурентную схему. Элементы сети Ethernet могут быть соединены по шинной или звездной топологии с использованием витых пар, коаксиальных или волоконно-оптических кабелей.

Основным преимуществом  сетей Ethernet является их быстродействие. Обладая скоростью передачи от 10 до 100 Мбит/с, Ethernet является одной из самых быстрых среди существующих локальных сетей. Однако такое быстродействие, в свою очередь, вызывает определенные проблемы: из-за того, что предельные возможности тонкого медного кабеля лишь незначительно превышают указанную скорость передачи в 10 Мбит/с, даже небольшие электромагнитные помехи могут значительно ухудшить производительность сети.

Как показывает их наименование, сети Token Ring используют для передачи данных схему с маркерным доступом. Сеть Token Ring физически выполнена по схеме "звезда", но ведет себя как кольцевая. Другими словами, пакеты данных передаются с одной рабочей станции на другую последовательно (как в кольцевой сети), но постоянно проходят через центральный компьютер (как в сетях типа "звезда"). Сети Token Ring могут осуществлять передачу как по незащищенным и защищенным витым проводным парам, так и по волоконно-оптическим кабелям.

Сети Token Ring существуют в двух версиях: со скоростью передачи в 4 и в 16 Мбит/с. Однако, хотя отдельные сети работают на скоростях либо 4, либо 16 Мбит/с, возможно соединение через мосты сетей с разными скоростями передачи. Сети Token Ring надежны, обладают высокой скоростью (особенно версия со скоростью передачи 16 Мбит/с) и просты для установки. Однако по сравнению с сетями ARCnet сети Token Ring дороги.

Сеть ARCnet использует схему с маркерным доступом и может работать как в шинной, так и в звездной топологии. Схема "звезда" обычно обеспечивает лучшую производительность, так как при этой топологии возникает меньше конфликта при передаче. ARCnet совместима с коаксиальными кабелями, витыми парами и волоконно-оптическими кабелями.

Системы ARCnet являются сравнительно медленными. Передача осуществляется на скорости лишь 2,5 Мбит/с, что значительно меньше, чем в других типах сетей. Несмотря на малое быстродействие, ARCnet сохраняет свою популярность. Ее маленькая скорость передачи является в своем роде компенсацией за эффективный метод передачи сигналов. ARCnet - сравнительно недорогая и гибкая система, которая легко устанавливается, расширяется и подвергается изменению конфигурации.

Правила организации  передачи данных в сети называют протоколом. Определенный протокол поддерживается как аппаратно (адаптерами сети), так  и программно (сетевой ОС).

В ЛС данные передаются от одного компьютера к другому блоками, которые называют пакетами данных. Станция, передающая пакет данных, обычно указывает в его заголовке  адрес назначения данных и свой собственный  адрес. Пакеты могут передаваться между  рабочими станциями без подтверждения - это тип связи на уровне датаграмм. Проверка правильности передачи пакетов в этом случае выполняется сетевой ОС, которая может сама посылать пакеты, подтверждающие правильную передачу данных. Важное преимущество датаграмм - возможность посылки пакетов сразу всем станциям в сети.

Например, протокол передачи данных IPX (от слов "Internetwork Packet Exchange", что означает "межсетевой обмен пакетами") используется в сетевом программном обеспечении фирмы "Novell" и является реализацией датаграмм. Другой пример - разработанный фирмой IBM протокол NETBIOS, также получивший большую известность, тоже работает на уровне датаграмм.

Сетевой адрес состоит  из нескольких компонентов:

1. номера сети;

2. адреса станции  в сети;

3. идентификатора  программы на рабочей станции.

Номер сети - это  номер сегмента сети (кабельного хозяйства), определяемого системным администратором  при установке сетевой ОС.

Адрес станции - это  число, являющееся уникальным для каждой рабочей станции. Уникальность адресов  при использовании адаптеров  Ethernet обеспечивается заводом-изготовителем плат (адрес станции записывается в микросхеме ОЗУ адаптеров).На адаптерах ArcNet адрес станции устанавливается при помощи перемычек или микропереключателей.

Идентификатор программы  на рабочей станции называется сокет. Это число, которое используется для адресации пакетов в конкретной программе, работающей на станции под управлением многозадачной операционной системы (типа Windows, OS/2). Каждая программа для того, чтобы посылать или получать данные по сети, должна получить свой, уникальный для данной рабочей станции, идентификатор - сокет.

3. Локальные сети  учебного назначения

ЛС КУВТ - совокупность аппаратных и программных средств, ориентированных на использование  в учебном процессе. В конце 80-х  годов получили широкое распространение  КУВТ "Ямаха", КУВТ на базе микро - ЭВМ БК0010, УКНЦ, "Корвет". Им на смену пришли КУВТ на базе компьютеров IBM PC (и им подобных) и "Apple Macintosh". В ряде мест функционируют и гибридные КУВТ с головной машиной IBM PC и ученическими УКНЦ или "Корвет". В состав каждого КУВТ входят:

• рабочее место  преподавателя (РМП);

• рабочие места  учащихся (РМУ) - обычно 10 - 15;

• аппаратные и  программные средства сетеобразования.

В составе РМП  обязательно находится компьютер (системный блок, дисплей и клавиатура), достаточно емкое устройство для  хранения информации – накопитель и принтер. В указанных выше КУВТ первого поколения обычно роль накопителя выполняли два НГМД и бытовой  кассетный магнитофон. Разумеется, такая сеть предоставляет весьма слабые возможности; в современных  ЛС КУВТ на головной машине находится  винчестер с ёмкостью до 120 Гбайт, CD - RW, другие устройства.

Сетевая ОС, функционирующая  на РМП, должна предоставлять следующий  минимальный набор пользовательских возможностей:

1. пересылку программ  и данных с РМП на каждое  из РМУ и обратно;

2. исполнение программ  как на РМУ, так и на РМП;

3. вывод программ  и данных с РМУ на внешние  накопители и принтер РМП;

4. групповую рассылку  программ с РМП на все РМУ.

В ходе этой работы ОС ЛС КУВТ должна быть способной к  следующему.

1. Поддержка файловой  системы. Это связано с необходимостью  обеспечить абонентам - учащимся  доступ к файлам, хранящимся на  головной машине сети, которая  в этом случае исполняет роль  файлового сервера. В более  "продвинутом" варианте на  головной машине может иметься  база данных, представляющая интерес  для учебного процесса, и ОС  должна поддерживать доступ к  этой базе.

2. Защита данных  и разграничение доступа. Без  этого файлы одних учащихся  при записи на общий диск  сотрут файлы других. Кроме того, в такой системе коллективного  пользования могут быть конфиденциальные  данные, и система должна предусмотреть  вариант их защиты от несанкционированного  доступа (например, по паролю).

3. Система контроля  и ведения урока. Она включает  возможность преподавателю вмешиваться  в работу учащихся, просматривать  их экраны, вызывать и редактировать  их программы, организовывать  коллективные демонстрации и  т.д.

Высокоразвитые  ОС ЛС КУВТ предоставляют немалые  возможности. Среди команд преподавателя  есть несколько справочных, позволяющих установить в каком режиме функционируют компьютеры учащихся, команды пересылки программ и их автоматического запуска на РМУ, команды вызова файлов - программ и данных - с любого из РМУ на РМП или на диск, отключения любого из РМУ от сети и обратное подключение. Сеть поддерживает локальную электронную почту и обмен короткими текстовыми сообщениями между любыми компьютерами. Очень важен такой показатель как быстродействие сети. Так, скорость передачи по исходной ЛС КУВТ УКНЦ в 5-8 Кбит/с приводит, например, к затрате нескольких минут на рассылку компилятора Паскаля - это слишком много для учебного процесса. Установка в этом классе головной машины IBM PC с сетевой системой фирмы "Линакс" сокращает это время минимум в 10 раз. Однако, даже в классах на основе компьютеров IBM PC и Macintosh скорость рассылки по сети бывает недостаточно высокой, что создает проблемы при учебной работе.

4. Телекоммуникации

Компьютерные телекоммуникации — одна из наиболее динамично развивающихся  областей информационных технологий. По сравнению с другими разделами  информационных технологий ее технологическая  составляющая значительно превосходит  теоретическую. Поэтому эффективность  изучения данной темы сильно зависит  от возможности организовать практическую работу учащихся с компьютерными  сетями.

В рамках данного  раздела базового курса реализуется  следующий перечень педагогических целей: дать представление о назначении и структуре локальных и глобальных сетей; познакомить учащихся с основными  информационными услугами сетей, с  возможностями Internet; обучить способам обмена файлами в локальной сети компьютерного класса; познакомить со способами поиска информации в Internet (при наличии технических возможностей).

Содержание данного  подраздела базового курса делится  на две части по принципу деления  компьютерных сетей на два типа:

локальные сети;

глобальные сети.

Тема компьютерных сетей обширна по числу понятий  и может излагаться с разной степенью подробности. Раскрытие этой темы в  школьных учебниках, как правило, носит  краткий характер. Поэтому, наряду с  обсуждением вопросов методики, в  данный подраздел пособия включены дополнительные сведения по теме, которые  будут полезны учителю.

Методические рекомендации по изучению темы

Изучаемые вопросы:

♦ Локальная сеть (ЛС), организация и назначение.

♦ Локальные сети школьных КУВТ.

♦ Организация глобальных сетей (ГС).

♦ Информационные услуги ГС.

♦ Аппаратные средства сетей.

♦ Что такое Internet.

♦ Информационные услуги Internet и World Wide Web.

Если компьютеры в школьном кабинете информатики  объединены в локальную сеть, то это обстоятельство существенно  облегчает изучение данной темы. Именно школьный компьютерный класс должен стать отправной точкой в разговоре  о передаче информации в компьютерных сетях. Определив компьютерную сеть как систему компьютеров, связанных  каналами передачи информации, учитель  демонстрирует такую систему  на оборудовании компьютерного класса и сообщает, что такая сеть называется локальной.

Локальные компьютерные сети небольшие по масштабам и  работают в пределах одного помещения, здания, предприятия. Возможно, что  в школе действует локальная  сеть, объединяющая компьютеры, установленные  в разных помещениях: в учебных  кабинетах, кабинете директора, бухгалтерии  и др. Точно так же в локальную  сеть часто объединяются различные  отделы предприятий, фирм, учреждений.

Локальные сети, в  зависимости от назначения и технических  решений, могут иметь различные  структуры объединения компьютеров. Их еще называют конфигурациями, архитектурой, топологией сети.

Бывают ситуации в ЛС, когда топология не имеет  какой-то регулярной структуры. Например, компьютеры могут соединяться по принципу "каждый с каждым".

Использование локальных  сетей отвечает двум основным целям:

1) обмену файлами  между пользователями сети;

2) использованию  общедоступных ресурсов: большого  пространства дисковой памяти, принтеров,  централизованной базы данных, программного  обеспечения и др.

Пользователей общей  локальной сети принято называть рабочей группой, а компьютеры, за которыми они работают, — рабочими станциями. Если все компьютеры в  сети равноправны, т.е. сеть состоит  только из рабочих станций пользователей, то ее называют одноранговой сетью. Одноранговые сети используются для осуществления первой из отмеченных целей: для обмена файлами. У каждого компьютера в такой сети есть свое имя. Члены рабочей группы могут обращаться по этим именам к дисковой памяти ПК своих коллег и копировать файлы на свой компьютер или копировать свои файлы на другие компьютеры. Возможность такого обмена обеспечивается специальной сетевой операционной системой. Средствами сетевой ОС можно защитить информацию от постороннего доступа. Таким образом, локальная сеть избавляет от необходимости использовать дискеты для переноса информации с одного компьютера на другой.