Реферат - Локальные сети. Системы с приоритетами и без - файл n1.doc

Реферат - Локальные сети. Системы с приоритетами и без
скачать (265.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc266kb.11.06.2012 05:31скачать

n1.doc



ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ И НАУКЕ РФ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТЕ НЕФТИ И ГАЗА имени И.М. ГУБКИНА

КАФЕДРА ИНФОРМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

РЕФЕРАТ

НА ТЕМУ:

«Локальные сети. Системы с приоритетами и без»

Выполнил студент Группы РГ-08-6

Проверила:

Оглавление:

§ 1 Введение. 3

§ 2 Основные характеристики локальных сетей. 5

§ 3 Классификация протоколов передачи данных. 5

§ 4 Выбор показателей для оценки ППД в ЛС. 6

§ 5 Системы без приоритетов. 7

§ 5.1 Мультиплексная передача с временным разделением (TDM), или слот. 7

§ 5.2 Вставка регистра. 7

§ 5.3 Система с контролем несущей (с коллизиями). 8

§ 5.4 Передача маркера. 9

§ 6 Приоритетные системы. 11

§ 6.1 Приоритетные слотовые системы. 12

§ 6.2 Системы с контролем несущей (без коллизий). 12

§ 6.3 Приоритетное маркерное кольцо. 13

§ 7 Заключение. 15

§ 8 Используемая литература. 15


§ 1 Введение.


Промышленность производства локальных сетей (ЛС) развивалась с поразительной быстротой за последние несколько лет. Внедрение локальных сетей мотивируется в основном повышением эффективности и производительности персонала. Эта цель провозглашается фирмами- поставщиками ЛС, руководством учреждений и разработчиками ЛС

Если в одном помещении, здании или комплексе близлежащих зданий имеет­ся несколько компьютеров, пользователи которых должны совместно решать какие-то задачи, обмениваться данными или использовать общие данные, то эти компьютеры целесообразно объединить в локальную сеть.

Локальная сеть - это группа из нескольких компьютеров, соединен­ных между собой посредством кабелей (иногда также телефонных линий или радиоканалов), используемых для передачи информации между компьютера­ми

.

Локальные сети обеспечивают:

Для объединения компьютеров в локальную сеть требуется:



В некоторых сетях вместо кабелей данные передаются по радиочастотам (как в радиотелефонах или сотовых телефонах). Однако такие сети стоят дороже и они сложнее в эксплуатации.

Для обеспечения функционирования локальной сети часто выделяется специ­альный компьютер — сервер, или несколько таких компьютеров. На дисках серверов располагаются совместно используемые программы, базы данных и т.д. Остальные компьютеры локальной сети часто называются рабочими станциями. На тех рабочих станциях, где требуется обрабатывать только данные на сервере (например, вводить сведения в совместно используемую базу данных о заказах и продажах), часто для экономии (или по соображени­ям безопасности) не устанавливают жестких дисков. В локальных сетях с выделенным сервером на сервере используются специальные опе­рационные системы, обеспечивающие надежную и эффективную обработку многих запросов от рабочих мест пользователей. На рабочих станциях такой локальной сети может использоваться любая операционная система, например DOS, Windows и т.д., и должен быть запущен драйвер, обеспечивающий доступ к локальной сети. В сетях, состоящих бо­лее чем из 20-25 компьютеров, наличие сервера обязательно — иначе, как правило, производительность сети будет неудовлетворительной.

Иногда серверам назначается определенная специализация (хранение данных, программ, обеспечение модемной и факсимильной связи, вывод на печать и т.д.). Они, как правило, не используются в качестве рабочих мест пользо­вателей. Серверы, обеспечивающие работу с ценными данными, часто разме­щаются в изолированном помещении, доступ в которое имеют только специ­ально уполномоченные люди .

Многие серверы стоят значительно дороже (в 10-20 и более раз) обычных компьютеров. Они не только являются весьма мощными компьюте­рами с большим количеством оперативной и дисковой памяти, но в них вдобавок обеспечи­ваются исключительная надежность, высокая производительность ввода-вывода, дублирова­ние устройств и данных, средства контроля над состоянием сервера, средства обеспечения бесперебойной работы при отказе некоторых устройств и т.д.

В тех случаях, когда к некоторым данным требуется обеспечить доступ сотен и тысяч компьютеров, применяются так называемые серверы уровня предприятия. Они часто уже делаются не на основе микропроцессоров Intel, а скажем, на технике фирмы Sun, на мэйнфреймах (больших компьютерах) фирмы IBM и др. Там требуется особо высо­кая надежность, многопроцессорная обработка, высочайшая пропускная способность и т.д.

§ 2 Основные характеристики локальных сетей.


Локальные сети составляют один из быстроразвивающихся секторов промышленности средств связи, ЛС часто называют сетью для автоматизированного учреждения. ЛС описывается обычно следующими характеристиками:



§ 3 Классификация протоколов передачи данных.


Локальная сеть представляет канал и протоколы обмена данными для связи рабочих станций и ЭВМ. В настоящее время многие организации стремятся придерживаться общепринятых протоколов как результата международных усилий, направленных на принятие рекомендуемых стандартов.

Протоколы - это соглашения о том, как коммуникационные компоненты и ООД взаимодействуют друг с другом. Они могут включать существующие нормативные предписания, которые предусматривают использование какого-либо соглашения или метода в качестве обязательного или рекомендуемого.

Большинство протоколов называют линейными (канальными) протоколами или протоколами управления каналом (звеном данных) - УК. Они называются так потому, что управляют потоками трафика между станциями на одном физическом канале связи.

Канальные протоколы управляют всем коммуникационным трафиком в канале. Например, если коммуникационный порт имеет несколько пользователей, которые имеют к нему доступ, УК отвечает за то, чтобы данные всех пользователей были переданы без ошибок в принимающий узел канала.

Протоколы управления каналом при осуществлении управления каналом связи выполняют строго определенные этапы:

- установление связи;

- передача информации. Производится обмен данными пользователя по каналу связи между двумя устройствами. УК осуществляет контроль возможных ошибок передачи и посылает подтверждение обратно передающему устройству;

- окончание связи. УК прекращает управление каналом; это означает, что данные не могут передаваться до тех пор, пока связь не будет установлена снова. Как правило УК удерживает канал в активном состоянии, пока пользователи хотят производить обмен данными.

Один из широко распространенных подходов к управлению каналом связи относится к использованию протокола первичныйвторичный (главныйподчиненный). Первичный (главный) узел управляет всеми остальными станциями, подключенными к каналу, и определяет, когда и какие устройства могут производить обмен данными. Системы типа первичныйворичный могут быть реализованы на основе нескольких специальных технологий. Второй известный подход реализуется на основе равнорангового протокола (или одноуровневого, однорангового). В этом методе не предусмотрен первичный узел, а предполагается одинаковый статус всех узлов канала. Однако узлы могут и не иметь равноправный доступ в сеть, поскольку им может быть предварительно присвоен разный приоритет. Тем не менее отсутствие первичного узла обычно обеспечивает равные возможности использования сетевых ресурсов. Равноранговые системы часто находят применение в локальных вычислительных сетях.

§ 4 Выбор показателей для оценки ППД в ЛС.


Для того чтобы выбрать тот, или иной ППД (подсистема передачи данных), применяемый в локальной сети нужно выбрать какие-либо показатели, которые помогали бы оценить эффективность применения именно данного ППД в ЛС с определенной топологией. Это необходимо, чтобы обосновать выбор наиболее подходящего для данного случая протокола.

Так как во многих сетях отсутствует главная станция, одним из критериев оценки может быть возможность децентрализованного управления.

При передаче данных важным условием является их безошибочность. При наличии конкурирующих станций (конфликтной ситуации) имеется возможность искажения информации, поэтому следующим показателем эффективности можно считать наличие или отсутствие конфликтных ситуаций.

Пользователи локальной сети обычно обладают различной по важности информацией, т. о. пользователи с более важной информацией должны иметь право на внеочередную передачу (т. е. более высокий приоритет). Таким образом третьим критерием можно выбрать возможность приоритетного обслуживания.

При большой загрузке сети нужно, чтобы была возможность одновременной передачи несколькими абонентами, т. о. обеспечивается полное использование канала. Это будем считать следующим показателем.

Для того, чтобы полностью использовать дорогостоящие ресурсы сети, пользователь должен иметь возможность полного использования канала. Так как сети часто достаточно загружены, то одним из важнейших критериев эффективности использования ППД - возможность работы в загруженных сетях.

§ 5 Системы без приоритетов.




§ 5.1 Мультиплексная передача с временным разделением (TDM), или слот.


Мультиплексная передача с временным разделением (TDM- Time Division Multiplexing) является, возможно, самым простым примером равноранговых неприоритетных систем. В системе TDM каждой станции выделяется интервал времени (слот) использования канала связи и все интервалы распределяются поровну между пользователями. Каждый пользователь во время этого интервала времени получает канал в свое полное распоряжение. Метод TDM используется как в ЛС, так и ГС.

§ 5.2 Вставка регистра.


В ряде сетей с кольцевой топологией для управления трафиком используется метод вставки регистра. Любая станция может вести передачу при условии, что канал находится в состоянии покоя. Если во время передачи она получает кадр, он записывается в регистр и передается вслед за кадром станции. Этот подход допускает "подсадку" в кольце нескольких кадров.

§ 5.3 Система с контролем несущей (с коллизиями).


Сети с контролем несущей (с коллизиями) являются еще одним примером равноранговых бесприоритетных систем. Этот метод широко используется в локальных вычислительных сетях. В сети с контролем несущей все станции имеют равное право на использование канала. (Однако можно ввести систему приоритетов на основе различных времен выдержки для различных устройств). Прежде чем начать передачу, требуется, чтобы станции "прослушали" канал и определили, является ли канал активным (т. е. ведет ли какая-либо другая станция передачу данных по каналу). Если канал находится в состоянии покоя, любая станция, имеющая данные для передачи, может послать свой кадр в канал. Если канал занят, станции должны ждать.

В сетях с контролем несущей предусмотрено несколько методов захвата канала. Одним из методов является метод "ненастойчивого" контроля несущей, обеспечивающего всем станциям возможность начинать передачу немедленно после того, как обнаруживается, что канал свободен. В случае если канал занят, станции выжидают случайный период времени перед тем, как снова проверить состояние канала. Другим методом, который используется в системах с квантованием времени, является метод "р-настойчивого" контроля несущей; он предусматривает для каждой станции некоторый алгоритм ожидания (р означает вероятность). Например, станции А и В не начинают немедленно передачу после того, как контроль обнаружил, что канал перешел в состояние покоя; в этом случае каждая станция вызывает программу генерации случайного числа - времени ожидания (обычно несколько микросекунд). Если станция обнаруживает, что канал занят, она выжидает некотрый период времени (слот) и делает новую попытку. Она произведет передачу в освободившийся канал с вероятностью р и с вероятностью 1-р отложит передачу до следующего слота. Однако, имеется еще один метод - "1-настойчивого" контроля несущей, предусматривающий, что станция начинает передачу сразу же после того, как обнаруживает, что канал находится в состоянии покоя. Когда возникает коллизия, перед тем как снова произвести контроль канала, станции выжидают в течение случайного периода времени. Этот метод называется "1-настойчивым" потому, что станция производит передачу с вероятностью 1, когда обнаруживает, что канал свободен.

Метод "р-настойчивого" контроля разработан с двоякой целью : во-первых, уменьшить время пребывания канала в состоянии покоя, что обеспечивается методом "1-настойчивого" контроля несущей, и, во-вторых, уменьшить вероятность коллизий, на что направлен метод "ненастойчивого контроля" Однако величина р должна быть выбрана достаточно небольшой, чтобы обеспечить приемлимые эксплутационные характеристики. Продолжая рассматривать системы с контролем несущей, будем считать, что станция А захватывает канал до того, как станция В имеет возможность закончить свое ожидание в течение случайно выбранного времени. По истечении этого времени она "прослушивает" канал и определяет, что А начала передачу данных и захватила канал. Следовательно, в условиях занятости канала необходимо придерживаться одного из трех методов пока он не освободился

Так как требуется некоторое время, чтобы данные, переданные станцией А, достигли станции В, станция В может и не знать, что в канале распределяется сигнал. В этой ситуации канал В может передавать свой кадр. Эта проблема называется окном коллизии. Окно коллизии - это фактор задержки распространения сигнала и расстояния между двумя конкурирующими станциями. Например, если А и В стоят друг от друга на расстоянии 1 км, сигналу станции А потребуется примерно 4, 2мкс, чтобы достичь станции В. За это время В имеет возможность начать передачу, что приводит к коллизии со станцией А.

Сети с контролем несущей обычно реализуются в локальных сетях, потому что окно коллизии увеличивается по мере увеличения длины канала. В протяженном канале возникает больше коллизий и уменьшается пропускная способность сети. Обычно большая задержка распространения (большая задержка до того момента, когда некоторая станция узнает о том, что другая станция ведет передачу) вызывает большую вероятность коллизий. Большая длина кадров может уменьшить эффект длительной задержки.

В случае коллизии станции имеют возможность определить искаженные данные. Каждая станция способна одновременно вести передачу и "слушать". Когда происходит наложение двух сигналов, в уровне напряжения в канале возникают аномалии, которые обнаруживаются станциями, участвующими в коллизии. Эти станции прекращают передачу и после случайного времени ожидания пытаются снова захватить канал. Случайность времени ожидания является определенной гарантией того, что коллизия не повторится, так как мало вероятно, что в конкурирующих станциях будет сгенерировано одинаковое случайное время ожидания.

§ 5.4 Передача маркера.


Передача маркера - это еще один метод, широко используемый для реализации равноранговых неприоритетных и приоритетных систем. В этом разделе рассмотрим неприоритетные системы. Этот метод применяется во многих локальных сетях. Некоторые системы с передачей маркера реализованы на основе шинной топологии, другие - на основе кольцевой топологии.

Кольцевая топология.



Станции подключаются к кольцу с помощью кольцевого интерфейсного устройства (КИУ). Каждое КИУ отвечает за контроль данных, проходящих через него, а также за функции усиления-формирования сигнала (регенерацию сообщения) и передачу его до следующей станции. Если адрес заголовка сообщения показывает, что данные предназначены некоторой станции, интерфейсное устройство копирует данные и передает информацию устройству ООД пользователя или устройствам ООД, подключенным к нему.

Если кольцо находится в состоянии покоя (то есть кольцо не занимают никакие данные пользователя), "свободный"маркер передается по кольцу от узла к узлу. Маркер используется для управления использованием кольца с помощью индикации состояний "свободен" или "занят". Наличие занятого маркера является признаком того, что некоторая станция захватила кольцо и передает данные. Свободный маркер означает, что кольцо свободно и что любая станция, имеющая данные для передачи, может использовать маркер для передачи данных. Управление кольцом последовательно передается по кольцу от узла к узлу. Этот метод реализуется в системах с явным маркером, называемых так потому, что любой станции разрешено передавать данные, когда она получает свободный маркер.

В то время, когда станция владеет маркером, она контролирует сеть. Захватив маркер (т. е. пометив его признаком "занят"), передающая станция А помещает данные вслед за маркером и передает эти данные в кольцо. Мониторные функции КИУ заключаются в регенерации сигнала, проверке адреса в заголовке данных и передаче данных следующей станции. В конце концов данные будут получены станцией-отправителем. Эта станция должна будет пометить маркер признаком "свободен" и передать его следующей станции в кольце. Это требование предотвращает монополизацию всего кольца одной станцией. Если маркер обходит кольцо и его не использует ни одна станция, то эта станция (отправитель) может опять захватить маркер и передать данные.

Маркерная шина.



Маркерная шина не требует физического упорядочения станций, подключенных к шине. С помощью механизма логической конфигурации может быть обеспечен любой порядок передачи станцией маркера.

Протокол использует управляющий кадр, называемый правом доступа или маркером доступа. Этот маркер предоставляет шину в исключительное распоряжение станции.

Станция, удерживающая маркер, использует шину в течение периода времени, необходимого для посылки и приема данных (или даже для опроса других станций), а затем передает маркер определенной станции. В шинной топологии все станции "слушают" канал и могут получить маркер доступа, но единственная станция, которая имеет возможность захватить канал, - это станция, которая указана в маркере доступа. Все другие станции должны ждать своей очереди, чтобы получить маркер.

Станции получают маркер в циклической последовательности, что и образует логическое кольцо в физической шине. Системы, основанные на маркерной шине, обеспечивают доступ к каналу таким образом, как если бы он был физическим кольцом. Протокол устраняет коллизии, которые могут иметь место в системах с контролем несущей ( с коллизиями) и допускают использование канала некольцевого (шинного) типа.

§ 6 Приоритетные системы.


Важная группа сетевых систем передачи данных - это равноранговые приоритетные системы. Как следует из классификации , эти системы представлены тремя подходами: приоритетный слотовый, контроль несущей (без коллизий) и передача маркера (с приоритетами).

§ 6.1 Приоритетные слотовые системы.


Приоритетные слотовые системы подобны обычным системам с квантованием времени, которые были рассмотрены ранее. Однако использование канала производится на приоритетной основе. Например, для использования канала можно предложить следующие критерии для установления приоритетов:

Приоритетные слотовые системы могут быть образованы без главной станции. Управление использованием слотов обеспечивается путем загрузки параметров приоритетов в каждой станции. Приоритетные слотовые системы широко используются в спутниковой связи.

§ 6.2 Системы с контролем несущей (без коллизий).


Системы этого типа имеют много общих черт с сетями, основанными на контроле несущей (с коллизиями). Основное отличие состоит в использовании специальной логики для предотвращения возникновения коллизий. Системы без коллизий можно реализовать с помощью методов и средств, аналогичных тем, которые используются в слотовой сети. Еще один подход состоит в том, чтобы использовать в сети дополнительное устройство, называемое таймером или арбитром. Это устройство определяет, когда станция может вести передачу без опасности коллизий. Временные параметры определяются каждой станцией; главная станция для использования канала не предусмотрена.

Каждый порт имеет предварительно установленный временной порог. После того как этот временной порог пройден, порт на основании некотрого временного параметра определяет, когда можно вести передачу. (Это напоминает концепцию "захвата" маркера. )Значения времени могут устанавливаться на приоритетной основе, причем у порта с наивысшим приоритетом переполнение таймера наступает раньше всего. Если этот порт не намерен вести передачу, канал будет находиться в состоянии покоя. Станция со следующим по величине приоритетом обнаруживает, что канал свободен. Ее таймер показывает, что лимит времени, когда может вестись передача, не исчерпан, поэтому она может захватить канал.

Станции с высоким приоритетом в случае, если они не ведут передачу, переводят канал в состояние покоя, что позволяет станциям с более низким приоритетом использовать его. В традиционных слотовых сетях время покоя представляет собой не что иное, как упущенные возможности для передачи данных. Однако сеть без коллизий использует арбитра, чтобы дать возможность станции со следующим по величине приоритетом в канале захватить время покоя, если у нее есть данные, которые необходимо передать. Этот подход значительно уменьшает время покоя канала.

§ 6.3 Приоритетное маркерное кольцо.


Каждой системе, подключаемой к маркерной сети, приписывается некоторый приоритет. Назначение приоритетной системы с передачей маркера состоит в том, чтобы дать каждой станции возможность зарезервировать использование кольца для следующей передачи по кольцу. Когда маркер и данные распространяются по кольцу, каждый узел анализирует маркер, который содержит поле резервирования. Если собственный приоритет узла выше, чем значение приоритета в поле резервирования, он увеличивает значение поля резервирования до своего уровня, тем самым резервируя маркер на следующий цикл. Если какой-то другой узел не увеличит еще больше значение поля резервирования, этой станции разрешается использовать маркер и канал во время следующей передачи по кольцу.

В маркерном кольце (приоритетном) для обеспечения доступа к сети на основе приоритетов используется маркер. У этого подхода есть много общего с обычным кольцом с передачей маркера. Например, маркер передается по кольцу и в самом маркере имеется индикатор, указывающий, занято или свободно кольцо. Маркер циркулирует непрерывно по кольцу, проходя через каждую станцию. Если станция желает передать данные и маркер свободен, она захватывает кольцо, добавляя при этом данные и управляющие поля и посылая кадр по кольцу к следующей станции.

Предполагается, что каждая станция просматривает маркер. Если оказывается, что маркер занят, принимающая станция должна регенерировать его и передать следующей станции. После того как информация вернется на исходную станцию, которая произвела передачу данных, маркер снова восстанавливается в исходном виде (инициируется) и передается в кольцо.

В системах с передачей маркера (с приоритетами) станции имеют приоритеты, устанавливаемые для доступа к сети. Это достигается путем размещения в маркере индикаторов приоритета.

Общие принципы работы маркерного кольца. Предположим, что к маркерному кольцу подсоединены пять станций.



*Станция А обладает приоритетом доступа 1 (самым низким), станции B и D - приоритетами 2, а станции С и Е имеют приоритет 3 (самый высокий). Предположим, что станция А уже захватила кольцо и передает кадры данных. В маркере имеется бит, который установлен в 1 для индикации того, что маркер занят. Следующая последовательность событий иллюстрирует один из подходов к приоритетной передаче маркера.

* Станция В получает кадр. У нее есть данные для передачи, поэтому она записывает свой приоритет, равный 2 в поле резервирования в маркере. Далее она передает маркер станции С.

* Станция С также определяет, что кольцо занято. У нее есть данные для передачи; она помещает 3 в поле резервирования вместо 2, записанной станцией В. Станция С затем передает кадр станции D. D должна уступить, она не может поместить свой приоритет 2 в поле резервирования, потому что там находится приоритет 3. Следовательно, она передает кадр станции Е, которая анализирует поле резервирования. Видя, что в этом поле записано 3, она ничего не предпринимает, поскольку ее приоритет тоже равен 3.

* Станция А получает назад кадр. Она освобождает кольцо, восстанавливая маркер и передавая его станции В.

* Станции В не разрешено использовать маркер, потому что поле резервирования в маркере имеет значение 3, что на единицу больше приоритета станции В.

* Станции С разрешается захватить маркер, так как приоритет 3 не меньше индикатора приоритета в маркере. Она вводит данные в кольцо и посылает кадр станции D.

* Станции D не разрешается записать свой приоритет 2 в поле резервирования. Поэтому она просто передает кадр станции Е.

* Е замещает приоритет станции В своим приоритетом, равным 3, и передает кадр станции А. А, поскольку ее приоритет равен 1, не меняет значения поля резервирования.

* В также не меняет значения поля резервирования, так как приоритет этой станции равен 2.

* С получает обратно свой кадр и должна освободить кольцо. Она делает это и передает маркер станции.

* Станции D не разрешается захватить кольцо, поскольку ее приоритет 2 меньше индикатора поля резервирования, равного 3. Она передает маркер Е.

* Е захватывает кольцо, поскольку ее приоритет 3 не меньше индикатора резервирования, равного 3.

В данной ситуации, если у всех станций есть данные для передачи, маркером фактически обмениваются за каждый проход две станции:С и Е, так как они имеют в кольце наивысший приоритет. Однако в большинстве ситуаций станции, имеющие наибольший приоритет, не всегда будут вести передачу при каждом обороте маркера. Следовательно, кольцевая конфигурация с приоритетами дает возможность станциям с низким приоритетом захватить кольцо в случае неактивности станций с более высоким приоритетом.

§ 7 Заключение.


В данной работе были проанализированы и оценены протоколы и топологии, используемые в локальных сетях. В общем виде было рассмотрено как обмениваются данными устройства ООД в ЛС.

Данная оценка протоколов и топологий обусловлена характеристикой ЛС, где следует учитывать , что выбор рациональной схемы подключения и мультиплексирования не является критической проблемой, что нельзя сказать о глобальной сети.

Большинство ЛС используют протоколы, которые были детально описаны и оценены. В описание были включены существующие нормативные предписания, которые предусматривают использование какого-либо соглашения или метода в качестве обязательного или рекомендуемого.

§ 8 Используемая литература.


  1. Э.Таненбаум «Компьютерные сети».

  2. К. Макрэй «Компьютер».

  3. В.Э Фигурнов «IBM PC для пользователя».



ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ И НАУКЕ РФ
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации