Состав и структура вычислительных сетей

МИНИСТЕРСТВО ЭКОНОМИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ И ТОРГОВЛИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТОРГОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра информационных технологий

Одобрено

Учебно-методическим советом

Экономического факультета

Чекмарев Ю.В.

Локальные вычислительные сети

Учебное пособие для студентов специальностей

060400 Финансы и кредит

060500 Бухгалтерский учет, анализ и аудит

351400 Прикладная информатика (в экономике)

Москва 2005

Составитель: проф. кафедры ИТ Чекмарев Ю.В.

Учебное пособие состоит из восьми тем, содержащих основные понятия о локальных вычислительных сетях (ЛВС).

Рассматриваются вопросы организации ЛВС, задачи, решаемые аппаратными и программными средствами локальной сети.

Показаны используемые в ЛВС протоколы передачи данных, сетевые организационные системы, распределенные базы данных и методы администрирования ЛВС.

Даны понятия сети Интранет и корпоративных информационных приложений.

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Тема 1. ЛВС как основа информационных систем. - 5 -

1.1. Состав и структура вычислительных сетей. - 5 -

1.2. Эволюция развития информационно-вычислительных систем. - 10 -

1.3. Архитектура компьютерных сетей. - 12 -

1.4. Состав и основные функции элементов ЛВС. - 15 -

2. Тема 2. Принципы построения ЛВС. - 18 -

2.1. Организационные аспекты и компоненты ЛВС. - 18 -

2.2. Основные характеристики и классификация ЛВС. - 21 -

2.3. Сетевые операционные системы. - 25 -

2.4. Эталонная модель взаимодействия открытых систем (ВОС). - 26 -

2.5. Уровневые услуги ВОС в ЛВС. - 33 -

2.6. Протокол сети передачи данных Х.25. - 37 -

2.7. Методы доступа к передающей среде в ЛВС. - 40 -

3. Тема 3. Топология и способы организации ЛВС. - 42 -

3.1. Топологии ЛВС. - 42 -

3.2. Средства реализации ЛВС. - 46 -

3.3. Модем ЛВС. - 56 -

3.4. Способы организации ЛВС. - 56 -

3.5. Методы доступа в ЛВС. - 62 -

3.6. Централизованные и одноранговые ЛВС. - 65 -

3.7. Построение ЛВС на базе ОС Windows. - 68 -

4. Тема 4. Система протоколов TCP/IP. - 72 -

4.1. Назначение и организация стека TCP/IP. - 72 -

4.2. Многоуровневая структура стека ТСР/IP. - 76 -

4.3. Сетенезависимые и сетенезависимые уровни стека TCP/IP. - 80 -

4.4. Адресация в IP-сетях. Типы адресов стека ТСР/ IP. - 84 -

4.5. Формы записи IP-адресов. - 86 -

4.6. Разрешение локального IP-адреса. - 92 -

4.7. Служба доменных имен. - 94 -

4.8. Протокол межсетевого взаимодействия IP. - 97 -

4.9. Протокол сообщений TCP. - 98 -

5. Тема 5. Организация и администрирование ЛВС. - 103 -

5.1. Задачи и методы администрирования ЛВС. - 103 -

5.2. Основные цели управления ЛВС. - 105 -

5.3. Основные принципы управления ЛВС. - 110 -

5.4. Многоуровневое представление задач управления. - 113 -

5.5. Средства и протоколы управления ЛВС. - 117 -

5.6. Службы безопасности ЛВС. - 120 -

5.7. Организация одноранговой сети в среде «Microsoft Windows». - 126 -

5.8. Организация работы в сети Novel Net Ware. - 131 -

6. Тема 6. Корпоративные информационные приложения. - 137 -

6.1. Корпоративно-функциональные компоненты информационной системы. - 137 -

6.2. Классификация корпоративных сетей. - 142 -

6.3. Программное обеспечение корпоративных сетей. - 150 -

6.4. Корпоративные информационные приложения. - 156 -

7. Тема 7. Сети Интранет. - 158 -

7.1. Назначение сети Интранет. - 158 -

7.2. Архитектура Интранет. - 161 -

7.3. Средства построения сети Интранет. - 163 -

7.4. Обзор языков программирования в Интранет. - 168 -

7.5. Интегрированный язык HTML в Интранет. - 175 -

7.6. Связь Интранет с Интернет. - 178 -

7.7. Услуги глобальной сети Internet. - 182 -

7.8. Протоколы модуля сетевого управления. - 186 -

8. Тема 8. Распределенные базы данных. - 194 -

8.1. Понятия базы данных и базы знаний. - 194 -

8.2. Система управления базой данных. - 196 -

8.3. Распределенная система управления базой данных. - 202 -

8.4. Классы СУБД. - 209 -

8.5. Обеспечение целостности данных на уровне базы данных. - 212 -

8.6. Методы доступа к данным, находящихся в базах. - 214 -

8.7. Инструментальные средства. - 216 -

Тема 1. ЛВС как основа информационных систем.

Состав и структура вычислительных сетей.

Сеть – network – взаимодействующая совокупность объектов, образуемых устройствами передачи и обработки данных.

Различают два понятия сети: коммуникационная сеть и информационная сеть.

Первая в основном предназначена для передачи данных и кроме этого обеспечивает дополнительный сервис (VAS – Value Added Service). Более того, она нередко выполняет и задачи, связанные с преобразованием данных. Например, сборку потоков символов в пакеты и разборку пакетов на потоки символов. Благодаря интеграции обработки и передачи данных строятся интеллектуальные сети. Сети объединяются друг с другом, образуя ассоциации. Коммуникативные сети различаются по типу используемых физических средств соединения.

Информационная сеть создается подключением к коммуникационной сети абонентских систем. При этом на базе коммуникационной сети может быть построена не только одна, но и группа информационных сетей (рис. 1).

Под системой понимают любой объект, который одновременно рассматривается и как единое целое, и как объединенная в интересах достижения поставленной цели совокупность разнородных элементов.

Системы значительно отличаются между собой как по составу, так и по главным целям.

Информационная система – человеко-компьютерная система для поддержки принятия решения и производства информационных продуктов, использующая компьютерную информационную технологию.

Расширение среды использования вычислительной техники влечет за собой необходимость постоянного повышения производительности и расширения функциональных возможностей компьютеров, которые по сути дела превратились в сложные вычислительные системы.

Под вычислительной системой (ВС) понимается совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенную для сбора, хранения, обработки и распределения информации. Естественно, вычислительная система должна оставаться интерактивной, то есть обеспечивать каждому пользователю возможность оперативного взаимодействия с системой на всех этапах решения задач.

Создание ВС преследует следующие основные цели:

- повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных;

- повышение надежности и достоверности вычислений;

Информационная сеть 1

Информационная сеть 2

Рис 1. Информационные и коммуникационные сети.

Рис. 2. Система централизованной обработки данных.

- предоставление пользователям дополнительных сервисных услуг.

Основные принципы построения, закладываемые при создании ВС:

- возможность работы в разных режимах;

- модульность структуры технических и программных средств, что позволяет совершенствовать и модернизировать вычислительные системы без коренных переделок;

- унификация и стандартизация технических и программных решений;

- иерархия в организации управления процессами;

- способность систем к адаптации, самонастройке и самоорганизации;

- обеспечение необходимым сервисом пользователей при выполнении вычислений.

Структура ВС – совокупность комплексируемых элементов и их связей. В качестве элементов ВС выступает отдельные ЭВМ и процессоры.

Классифицируют ВС:

- по целевому назначению и выполняемым функциям;

- по типам и шагу ЭВМ или процессоров;

- по архитектуре системы;

- по режимам работы;

- по методам управления элементами системы;

- по степени разобщенности элементов ВС.

По назначению ВС делят на универсальные и специализированные. Универсальные ВС предназначены для решения самых различных задач. Специализированные системы ориентированы на решение узкого класса задач.

По типу ВС можно разделить на многомашинные и многопроцессорные.

В эпоху централизованного использования ЭВМ с пакетной обработкой информации пользователи предпочитали приобретать компьютеры, на которых можно было бы решать почти все классы их задач. Однако принцип централизованной обработки данных не отвечал всем требованиям к надежности процесса обработки, затруднял развитие систем и не мог обеспечить необходимыми временными параметрами при диалоговой обработке данных в многопользовательском решении (рис. 2).

Кратковременный выход из строя центральной ЭВМ приводит к негативным последствиям для системы в целом, так как приходится дублировать функции центральной ЭВМ.

Многомашинные вычислительные системы (ММС) появились исторически первыми. Уже при использовании ЭВМ первых поколений возникали задачи повышения производительности, надежности и достоверности вычислений. Для этих целей используется комплекс машин, схематически показанный на рис. 3а.

Положения 1 и 3 электронного ключа (ЭК) обеспечивает режим повышенной надежности. При этом одна из машин выполняет вычисления, а другая находится в «горячем» или «холодном» резерве, то есть в готовности заменить основную ЭВМ. Положение 2 электронного ключа соответствует случаю, когда обе машины обеспечивают параллельный режим вычислений.

Здесь возможны две ситуации:

- Обе машины решают одну и ту же задачу и периодически сверяют результаты решения. Тем самым обеспечивается режим повышенной достоверности, уменьшается вероятность появления ошибок в результатах вычисления.

- Обе машины работают параллельно, но обрабатывают собственные потоки заданий. Возможность обмена информацией между машинами сохраняется. Этот вид работы относится к режиму повышенной производительности.

Основные отличия ММС заключаются в организации связи и обмена информацией между ЭВМ комплекса. Каждая из них сохраняет возможность автономной работы и управляется собственной операционной системой (ОС).

Многопроцессорные вычислительные системы (МПС) строятся при комплексировании нескольких процессоров (рис. 3б). В качестве общего ресурса они имеют общую оперативную память (ООП). Параллельная работа процессоров и использование ООП обеспечиваются под управлением единой общей информационной системы. По сравнению с ММС здесь достигается наивысшая оперативность взаимодействия вычислителей-процессоров.

По типу ЭВМ или процессоров, используемых для построения ВС, различают однородные и неоднородные системы.

По степени территориальной разобщенности вычислительных модулей ВС делятся на системы совмещенного (сосредоточенного) и распределенного (разобщенного – рис. 4) типов. Обычно такое деление касается только ММС. Многопроцессорные системы относятся к системам совмещенного типа. Совмещенные и распределенные ММС сильно различаются оперативности взаимодействия в зависимости от удаленности ЭВМ.

Рис. 4. Система распределенной обработки данных.