Локальные вычислительные сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Цели и задачи курсовой работы

Выполнение курсовой работы базируется на материале дисциплин: “ВМ, системы и сети ”, “Базы данных и знаний”.

Целью курсовой работы является:

- закрепление и расширение теоретических и практических знаний о специальности;

При выполнении курсовой работы студент должен самостоятельно провести анализ ИСУ, провести анализ информационных потоков, разработать и обосновать выбор средств связи (технических и программных) между уровнями ИСУ. Для этого необходимо:

- провести анализ технологического процесса как объекта управления;

- определить переменные взаимодействия локальной системы управления (ЛСУ) с технологическим процессом (ТП);

- обосновать выбор технических и программных средств для реализации связей между уровнями ИСУ;

2. Описание установки

2.1 Краткая теория по теплообменникам

В химической промышленности широко распространены тепловые процессы - нагревание и охлаждение жидкостей и газов и конденсация паров, которые проводятся в теплообменных аппаратах (теплообменниках).

Теплообменными аппаратами называются устройства, предназначенные для передачи тепла от одного теплоносителя к другому для осуществления различных тепловых процессов, например, нагревания, охлаждения, кипения, конденсации или более сложных физико-химических процессов - выпарки, ректификации, абсорбции.

Из-за разнообразия предъявляемых к теплообменным аппаратам требований, связанных с условиями их эксплуатации, применяют аппараты самых различных конструкций и типов, причем для аппарата каждого типа разработан широкий размерный ряд поверхности теплообмена.

Широкая номенклатура теплообменников по типам, размерам, параметрам и материалам позволяет выбрать для конкретных условий теплообмена аппарат, оптимальный по размерам и материалам.

В качестве прямых источников тепла в химической технологии используют главным образом топочные газы, представляющие собой газообразные продукты сгорания топлива, и электрическую энергию. Вещества, получающие тепло от этих источников и отдающие его через стенку теплообменника нагреваемой среде, носят название промежуточных теплоносителей. К числу распространенных промежуточных теплоносителей относятся водяной пар и горячая вода, а также так называемые высокотемпературные теплоносители - перегретая вода, минеральные масла, органические жидкости (и их пары), расплавленные соли, жидкие металлы и их сплавы.

В качестве охлаждающих агентов для охлаждения до обыкновенных температур (10-300С) применяют в основном воду и воздух.

Все теплообменные аппараты по способу передачи тепла разделяются на две большие группы: поверхностные теплообменные аппараты и аппараты смешения. В поверхностных аппаратах передача тепла от одного теплоносителя к другому осуществляется с участием твердой стенки. Процесс теплопередачи в смесительных теплообменных аппаратах осуществляется путем непосредственного контакта и смешения жидких и газообразных теплоносителей.

Поверхностные теплообменные аппараты в свою очередь подразделяют на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных аппаратах тепло от одного теплоносителя к другому передается через разделяющую их стенку из теплопроводного материала. В регенеративных теплообменных аппаратах теплоносители попеременно соприкасаются с одной и той же поверхностью нагрева, которая в один период нагревается, аккумулируя тепло «горячего» теплоносителя, а во второй период охлаждается, отдавая тепло «холодному» теплоносителю.

Рекуперативные теплообменные аппараты классифицируются по следующим признакам:

· По роду теплоносителей в зависимости от их агрегатного состояния:

паро-жидкостные; жидкостно-жидкостные; газо-жидкостные; газо-газовые; паро-газовые.

· По конфигурации поверхности теплообмена:

трубчатые аппараты с прямыми трубками; спиральные; пластинчатые; змеевиковые.

· По компоновке поверхности нагрева:

типа «труба в трубе»; кожухотрубчатые; оросительные аппараты.

Теплообменные аппараты поверхностного типа, кроме того классифицируются по назначению (подогреватели, холодильники и т.д.); по взаимному направлению теплоносителей (прямоток, противоток, смешанный ток и т.д.); по материалу поверхности теплообмена; по числу ходов и т.д.

Обычно в качестве продукта в теплообменнике служит жидкость.

При истечении жидкостей в теплообменнике температура их изменяется: горячая жидкость охлаждается, а холодная нагревается. Характер изменения температуры жидкости, движущейся вдоль поверхности нагрева, зависит от схемы ее движения. В теплообменных аппаратах применяются в основном три схемы движения жидкостей:

· прямоточная, когда горячая и холодная жидкости протекают параллельно;

· противоточная, когда горячая и холодная жидкости протекают в противоположном друг другу направлении;

· перекрестная, когда жидкости протекают в перекрестном направлении. [1]

А.

Б.

Рисунок 1.- Схема движения жидкостей в теплообменнике типа «труба в трубе» при прямотоке (А) и противотоке (Б)

2.3 Анализ технологического объекта

На данном этапе необходимо выделить основные входные и выходные параметры.

Входные параметры делятся на регулирующие параметры и возмущающие параметры. Возмущающие параметры в свою очередь бывают контролируемые и неконтролируемые.

Входными параметрами процесса нагрева (охлаждения) продукта в теплообменнике являются: степень открытия клапана на линии подачи теплоносителя µ, температура теплоносителя на входе в теплообменник tТвх, температура продукта на входе в теплообменник tвх, температура окружающей среды tср, расход продукта G. Эти входные параметры являются контролируемыми. При этом в качестве регулирующего параметра выбираем степень открытия клапана на линии подачи теплоносителя. Остальные параметры являются возмущающими.

К неконтролируемому возмущающему воздействию относится коэффициент теплопередачи через поверхность теплообмена (стенки).

Выходными параметрами являются температуры теплоносителя tт и продукта t на выходе из теплообменника, расход теплоносителя Gт.

Регулируемым параметром является температура продукта на выходе из теплообменника.

Рисунок 2.- Технический объект как объект управления

Исходя из вышесказанного, предлагаем следующую схему управления.

Рисунок 3. - Схема регулирования процесса нагревания со стабилизацией температуры продукта

3. Локальные вычислительные сети

3.1 Определение ЛВС

Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест (рабочих станций) к единому каналу передачи данных. Самая простая сеть (англ. network) состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем. Это позволяет им использовать данные совместно. Все сети (независимо от сложности) основываются именно на этом простом принципе. Рождение компьютерных сетей было вызвано практическими потребностью - иметь возможность для совместного использования данных. Понятие локальная вычислительная сеть - ЛВС (англ. LAN - Local Area Network) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.

Существует два основных типа сетей: одноранговые и сети на основе сервера. В одноранговой сети все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного (англ. dedicated) сервера. Как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер; иначе говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать общедоступным по сети. На сегодняшний день одноранговые сети бесперспективны, поэтому в данной работе они не рассматриваются. Если к сети подключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей использует выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер (исключая функции клиента или рабочей станции). Они специально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом, и именно они будут рассмотрены в этой работе. Существуют и комбинированные типы сетей, совмещающие лучшие качества одноранговых сетей и сетей на основе сервера. В производственной практики ЛВС играют очень большую роль. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему.

Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети.

- Разделение ресурсов

Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как печатающие устройства, внешние устройства хранения информации, модемы и т.д. со всех подключенных рабочих станций.

- Разделение данных

Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.

- Разделение программных средств.

Разделение программных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.

- Разделение ресурсов процессора.

При разделении ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть. Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не «набрасываются» моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.

- Многопользовательский режим.

Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, обычно заранее установленных на сервере приложения (англ. Application Server). Все ЛВС работают в одном стандарте принятом для компьютерных сетей - в стандарте Open Systems Interconnection (OSI).

3.2 Базовая модель OSI (Open System Interconnection)

Для того чтобы взаимодействовать, люди используют общий язык. Если они не могут разговаривать друг с другом непосредственно, они применяют соответствующие вспомогательные средства для передачи сообщений. Похожие механизмы используются для передачи сообщений от отправителя к получателю. Для того чтобы привести в движение процесс передачи информации через линии связи, необходимы машины с одинаковым кодированием данных и непосредственное соединение между ними. Для единого представления данных в линиях связи, по которым передается информация, сформирована Международная организация по стандартизации (англ. ISO - International Standards Organization). ISO предназначена для разработки модели международного коммуникационного протокола, в рамках которой можно разрабатывать международные стандарты. Для наглядного пояснения разделим ее на семь уровней. Международная организация по стандартизации (англ. ISO) разработала базовую модель взаимодействия открытых систем OSI (англ. Open Systems Interconnection) в 1984 году. Эта модель является международным стандартом для передачи данных. Модель содержит семь отдельных уровней:

Уровень № 1: физический - битовые протоколы передачи информации;

Уровень № 2: канальный - формирование кадров, управление доступом к среде;

Уровень № 3: сетевой - маршрутизация, управление потоками данных;

Уровень № 4: транспортный - обеспечение взаимодействия удаленных процессов;

Уровень № 5: сеансовый - поддержка диалога между удаленными процессами;

Уровень № 6: представления данных - интерпретация передаваемых данных;

Уровень № 7: прикладной - пользовательское управление данными.

Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль, в том числе и транспортной среде. Благодаря этому общая задача передачи данных разделяется на отдельные легко обозримые задачи. Необходимые соглашения для связи одного уровня с выше- и нижерасположенными называют протоколом. Так как пользователи нуждаются в эффективном управлении, система вычислительной сети представляется как комплексное строение, которое координирует взаимодействие задач пользователей. С учетом вышеизложенного можно вывести следующую уровневую модель с административными функциями, выполняющимися на пользовательском прикладном уровне. Отдельные уровни базовой модели проходят в направлении вниз от источника данных (от уровня 7 к уровню 1) и в направлении вверх от приемника данных (от уровня 1 к уровню 7). Пользовательские данные передаются в нижерасположенный уровень вместе со специфическим для уровня заголовком до тех пор, пока не будет достигнут последний уровень.

На приемной стороне поступающие данные анализируются и, по мере надобности, передаются далее в вышерасположенный уровень, пока информация не будет передана в пользовательский прикладной уровень.

Уровень № 1. Физический (англ. physical). Определяет механический и электрический интерфейс с физическим носителем (т.е. коаксиальным кабелем или витой парой). Под этот уровень подходят физические устройства, управляющие передающим данные электрическим напряжением.

Уровень № 2. Канальный (англ. data link). Организует биты в «кадры», физический уровень передает их в виде электрических импульсов. На этом уровне происходит отслеживание и исправление ошибок. Довольно часто уровень передачи данных (т.е. канальный уровень) подразделяется еще на два слоя, которые позволяют сгладить различие между физическими сетями, используемыми для соединений в локальных и глобальных сетях. Деление происходит на два подуровня: MAC (англ. Media Access Control - Управление передающей средой) и LLC (англ. Logical Link Control - Управление логической связью). Подуровень MAC предоставляет сетевым картам совместные доступ к физическому уровню. Уровень MAC напрямую связан с сетевой картой и отвечает за безошибочную передачу данных между двумя сетевыми картами. Подуровень LLC управляет передачей данных и определяет точки логического интерфейса (англ. Service Access Points - точки доступа к службам), которые другие компьютеры могут использовать для передачи информации из подуровня LLC в высшие уровни OSI.

Уровень № 3. Сетевой (англ. network). Использует предоставляемые нижележащим уровнем услуги связи для того, чтобы организовать передачу данных по сети. Сетевой уровень устанавливает правила связи компьютеров через многочисленные сегменты сети, включая «упаковку» сообщений в пакеты, снабженные адресами. Этот уровень отвечает за надежность передачи данных, основной его функцией является предоставление возможностей передачи данных для вышележащего транспортного уровня. Стандартными протоколами этого слоя являются CNLS, CONS, IP и IPX.

Уровень № 4. Транспортный (англ. transport).Отвечает за надежность обработки данных, вне зависимости от нижележащих уровней. Этот уровень управляет потоком данных в сети и контролем соединения между конечными адресами. К стандартным протоколам этого уровня относятся Transport Class 0, Class 1 и 4, относящиеся к модели OSI, TCP и SPX.

Уровень № 5. Сеансовый (англ. session).Выполняет функцию посредника между верхними уровнями, которые ориентированы на работу с приложениями, и нижними уровнями, ориентированными на коммуникации в реальном времени. Сеансовый уровень предоставляет возможности для управления и контроля данных в множестве одновременных соединений, контролируя диалог связанных по сети приложений. Этот уровень обеспечивает возможности запуска, приостановки, инициализации и перезапуска сети.

Уровень № 6. Представления данных (англ. presentation). Определяет форму, которую принимают данные при обмене между рабочими станциями. На компьютере-отправителе ПО этого уровня конвертирует данные из формата уровня приложений в промежуточный, распознаваемый остальными уровнями формат. На компьютере-получателе этот уровень совершает обратное преобразование данных. Уровень представления также управляет средствами защиты сети от несанкционированного доступа, предоставляя такие услуги, как кодирование данных. Кроме того, этот уровень устанавливает правила передачи данных и занимается сжатием передаваемой информации для повышения пропускной способности сети.

Уровень № 7. Прикладной (англ. application).Предоставляет конечным пользователям возможность пользоваться сетью. На этом уровне производятся высокоуровневые действия, управляемые компонентами локальной операционной системы. В отличие от остальных уровней модели OSI, этот уровень напрямую доступен конечным пользователям. В его функции входят передача данных, обработка сообщений, управление структурой каталогов, удаленное выполнение программ и эмуляция терминал. Для передачи информации по коммуникационным линиям данные преобразуются в цепочку следующих друг за другом битов (двоичное кодирование с помощью двух состояний: «0» и «1»). Передаваемые алфавитно-цифровые знаки представляются с помощью битовых комбинаций. Битовые комбинации располагают в определенной кодовой таблице, содержащей 4-, 5-, 6-, 7- или 8-битовые коды. Количество представленных знаков в ходе передачи данных зависит от количества битов, используемых в коде: код из 4 битов может представить максимум 16 алфавитно-цифровых знаков, 5-битовый код - 32 знака, 6-битовый код - 64 знака, 7-битовый - 128 знаков и 8-битовый код - 256 знаков. При передаче информации как между одинаковыми, так и между различными вычислительными системами применяют следующие коды.

На международном уровне передача символьной информации осуществляется с помощью 7-битового кодирования, позволяющего закодировать заглавные и строчные буквы английского алфавита, а также некоторые спецсимволы. Национальные и специальные знаки с помощью 7-битового кода представить нельзя, для их передачи используют специальную шифровку и/или перекодировку информации. Для представления национальных знаков применяют наиболее употребимый 8-битовый код.

Для правильной и, следовательно, полной и безошибочной передачи данных необходимо придерживаться согласованных и установленных правил. Все ни оговорены в протоколе передачи данных. Протокол передачи данных требует следующей информации:

- Синхронизация.

Под синхронизацией понимают механизм распознавания начала блока данных и его конца.

- Инициализация.

Под инициализацией понимают установление соединения между взаимодействующими партнерами по сеансу связи.

- Блокирование

Под блокированием понимают разбиение передаваемой информации на блоки данных строго определенной максимальной длины (включая опознавательные знаки начала блока и его конца).

- Адресация

Адресация обеспечивает идентификацию различного используемого оборудования данных, которое обменивается друг с другом информацией во время взаимодействия.

-Обнаружение ошибок

Под обнаружением ошибок понимают установку битов четности и, следовательно, вычисление контрольных битов с целью проверки правильности передачи данных.

- Нумерация блоков

Текущая нумерация блоков позволяет установить ошибочно передаваемую или потерявшуюся информацию.

- Управление потоком данных

Управление потоком данных служит для распределения и синхронизации информационных потоков. Так, например, если не хватает места в буфере устройства данных или данные не достаточно быстро обрабатываются в периферийных устройствах (например, принтерах), сообщения и / или запросы накапливаются.

- Методы восстановления

После прерывания процесса передачи данных используют методы восстановления, чтобы вернуться к определенному положению для повторной передачи информации.

- Разрешение доступа

Распределение, контроль и управление ограничениями доступа к данным вменяются в обязанность пункта разрешения доступа (например, «только передача» или «только прием»).

3.3 Сетевые устройства и средства коммуникаций

В качестве средств коммуникации наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабель и оптоволоконные линии. При выборе типа кабеля учитывают следующие показатели:

1) Стоимость монтажа и обслуживания;

2) Скорость передачи информации;

3) Ограничения на величину расстояния передачи информации (без дополнительных усилителей-повторителей (репитеров));

4) Безопасность передачи данных.

Главная проблема заключается в одновременном обеспечении этих показателей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость и безопасность передачи данных.

Витая пара. Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двухжильное проводное соединение часто называемое «витой парой» (англ. twisted pair). Она позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, однако является помехо-незащищенной. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимуществами являются низкая цена и беспроблемная установка. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля.

Коаксиальный кабель. Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащищен и применяется для связи на большие расстояния (несколько километров). Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель используется для основной и широкополосной передачи информации.

Широкополосный коаксиальный кабель. Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высокая. Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. При передачи информации в базисной полосе частот на расстояние более 1,5 км требуется усилитель, или так называемый репитер (англ. repeater - повторитель). Поэтому суммарное расстояние при передаче информации увеличивается до 10 км. Для вычислительных сетей с топологией типа «шина» или «дерево» коаксиальный кабель должен иметь на конце согласующий резистор (терминатор).

Еthernet-кабель. Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet (англ. thick) или желтый кабель (англ. yellow cable). Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Средняя скорость передачи данных 10 Мбит/с. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м., а общее расстояние сети Ethernet - около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор.

Сheapernеt-кабель. Более дешевым, чем Ethernet-кабель является соединение Cheapernet-кабель (RG-58) или, как его часто называют, тонкий (англ. thin) Ethernet. Это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в 10 Мбит/с. При соединении сегментов Cheapernet-кабеля также требуются повторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и минимальные затраты при наращивании. Соединения сетевых плат производится с помощью широко используемых малогабаритных байтонетных разъемов (СР-50). Дополнительное экранирование не требуется. Кабель присоединяется к ПК с помощью тройниковых соединителей (T-connectors). Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может составлять максимум 300 м, а минимум - 0,5 м, общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеля - около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet расположен на сетевой плате как для гальванической развязки между адаптерами, так и для усиления внешнего сигнала.

Оптоволоконные линии. Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловолоконным кабелем. Скорость распространения информации по ним достигает 100 Мбит/с, а на экспериментальных образцах оборудования - 200 Мбит/с. Допустимое давление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. Применяются там, где возникают электромагнитные поля помех или требуется передача информации на очень большие расстояния без использования повторителей. Они обладают противо-подслушивающими свойствами, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединяются в JIBC с помощью звездообразного соединения. Основные показатели средств коммуникации. [2]

Существует ряд принципов построения ЛВС на основе выше рассмотренных компонентов. Такие принципы еще называют топологиями.

3.4 Топологии вычислительных сетей

3.4.1 Топология типа «звезда»

Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте сети RelCom. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.



Рисунок 4 - Структура топологии ЛВС в виде «звезды»

Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает. Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии. При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети. Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая, по сравнению с достигаемой в других топологиях. Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети. Центральный узел управления - файловый сервер реализует оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.

3.4.2 Кольцевая топология

При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой.

Коммуникационная связь замыкается в кольцо.

Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географическое расположение рабочих станций далеко от формы кольца (например, в линию).

Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять «в дорогу» по кабельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть. Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко. Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями. Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутаторов (англ. Hub - концентратор), которые по-русски также иногда называют «хаб». В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабочими станциями применяют активные или пассивные концентраторы. Активные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный концентратор является исключительно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции). Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети происходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей сети.

3.4.3 Шинная топология

При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного дня всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.



Рисунок 6 - Структура шинной топологии ЛВС

Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции. В стандартной ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий кабель или Cheapernet-кабель с тройниковым соединителем. Отключение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вызывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание системы. Новые технологии предлагают пассивные штепсельные коробки, через которые можно отключать и/или подключать рабочие станции во время работы вычислительной сети. Благодаря тому, что рабочие станции можно подключать без прерывания сетевых процессов и коммуникационной среды, очень легко прослушивать информацию, т.е. ответвлять информацию из коммуникационной среды. В ЛВС с прямой (не модулируемой) передачей информации всегда может существовать только одна станция, передающая информацию. Для предотвращения коллизий в большинстве случаев применяется временной метод разделения, согласно которому для каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи данных. Поэтому требования к пропускной способности вычислительной сети при повышенной нагрузке повышаются, например, при вводе новых рабочих станций. Рабочие станции присоединяются к шине посредством устройств ТАР (англ. Terminal Access Point - точка подключения терминала). ТАР представляет собой специальный тип подсоединения к коаксиальному кабелю. Зонд игольчатой формы внедряется через наружную оболочку внешнего проводника и слой диэлектрика к внутреннему проводнику и присоединяется к нему. В ЛВС с модулированной широкополосной передачей информации различные рабочие станции получают, по мере надобности, частоту, на которой эти рабочие станции могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах, т.е. между средой передачи информации и рабочими станциями находятся соответственно модемы для модуляции и демодуляции. Техника широкополосных сообщений позволяет одновременно транспортировать в коммуникационной среде довольно большой объем информации. Для дальнейшего развития дискретной транспортировки данных не играет роли, какая первоначальная информация подана в модем (аналоговая или цифровая), так как она все равно в дальнейшем будет преобразована.

3.4.4 Древовидная структура ЛВС

Наряду с известными топологиями вычислительных сетей «кольцо», «звезда» и «шина», на практике применяется и комбинированная, на пример древовидна структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вышеназванных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычислительной сети (корень) располагается в точке, в которой собираются коммуникационные линии информации (ветви дерева). Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде. Для подключения большого числа рабочих станций соответственно адаптерным платам применяют сетевые усилители и/или коммутаторы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, называют активным концентратором. На практике применяют две их разновидности, обеспечивающие подключение соответственно восьми или шестнадцати линий. Устройство, к которому можно присоединить максимум три станции, называют пассивным концентратором. Пассивный концентратор обычно используют как разветвитель. Он не нуждается в усилителе. Предпосылкой для подключения пассивного концентратора является то, что возможное максимальное расстояние до рабочей станции не должно превышать нескольких десятков метров. [3]

Вывод:

Была выбрана топология « Звезда». Производительность этой сети более для нашей задачи более чем достаточно, так как последняя ее версия обеспечивает пропускную способность 1 Гигабит в секунду.

3.5 Типы построения сетей по методам передачи информации

локальный вычислительный сеть топология

- Локальная сеть Token Ring

Этот стандарт разработан фирмой IBM. В качестве передающей среды применяется неэкранированная или экранированная витая пара (англ. UPT или SPT) или оптоволокно. Скорость передачи данных 4 Мбит/с или 16Мбит/с. В качестве метода управления доступом станций к передающей среде используется метод - маркерное кольцо (англ. Тоken Ring). Основные положения этого метода:

- устройства подключаются к сети по топологии кольцо;

- все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер);

- в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом.

Типы пакетов.

В IВМ Тоken Ring используются три основных типа пакетов:

- пакет «управление/данные» (англ. Data/Соmmand Frame);

- пакет «маркер» (англ. Token);

- пакет «сброса» (англ. Abort).

Пакет «Управление/Данные». С помощью такого пакета выполняется передача данных или команд управления работой сети. Пакет «Маркер». Станция может начать передачу данных только после получения такого пакета, В одном кольце может быть только один маркер и, соответственно, только одна станция с правом передачи данных. Пакет «Сброса». Посылка такого пакета называет прекращение любых передач. В сети можно подключать компьютеры по топологии звезда или кольцо.

- Локальная сеть ArcNet.

ArcNet (англ. Attached Resource Computer Network) - простая, недорогая, надежная и достаточно гибкая архитектура локальной сети.

Разработана корпорацией Datapoint в 1977 году. Впоследствии лицензию на ArcNet приобрела корпорация SMC (англ. Standard Microsystems Corporation), которая стала основным разработчиком и производителем оборудования для сетей ArcNet. В качестве передающей среды используются витая пара, коаксиальный кабель (RG-62) с волновым сопротивлением 93 Ом и оптоволоконный кабель. Скорость передачи данных - 2,5 Мбит/с, существует также расширенная версия - ArcNetplus - поддерживает передачу данных со скоростью 20 Мбит/с. При подключении устройств в ArcNet применяют топологии шина и звезда. Метод управления доступом станций к передающей среде - маркерная шина (англ. Token Bus).

Этот метод предусматривает следующие правила:

- Все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные только получив разрешение на передачу (маркер);

- В любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом;

- Данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.

Основные принципы работы.

Передача каждого байта в ArcNet выполняется специальной посылкой ISU (англ. Information Symbol Unit - единица передачи информации), состоящей из трех служебных старт/стоповых битов и восьми битов данных. В начале каждого пакета передается начальный разделитель АВ (англ. Alert Burst), который состоит из шести служебных битов. Начальный разделитель выполняет функции преамбулы пакета. В ArcNet определены 5 типов пакетов:

1. Пакет ITT (англ. Information to Transmit) - приглашение к передаче. Эта посылка передает управление от одного узла сети к другому. Станция, принявшая этот пакет, получает право на передачу данных.

2. Пакет FBE (англ. Free Buffer Enquiries) - запрос о готовности к приему данных. Этим пакетом проверяется готовность узла к приему данных.

3. Пакет данных. С помощью этой посылки производиться передача данных.

4. Пакет АСК (англ. ACKnowledgments) - подтверждение приема. Подтверждение готовности к приему данных или подтверждение приема пакета данных без ошибок, т.е. в ответ на FBE и пакет данных.

5. Пакет NAK (англ.Negative AcKnowledgments) - неготовность к приему. Неготовность узла к приему данных (ответ на FBE) или принят пакет с ошибкой.

В сети ArcNet можно использовать две топологии: «звезда» и «шина».

- Локальная сеть Ethernet

Спецификацию Ethernet в конце семидесятых годов предложила компания Xerox Corporation. Позднее к этому проекту присоединились компании Digital Equipment Corporation (DEC) и Intel Corporation. В 1982 году была опубликована спецификация на Ethernet версии 2.0. На базе Ethernet институтом IEEE был разработан стандарт IEEE 802.3. Различия между ними незначительные. Основные принципы работы. На логическом уровне в Ethernet применяется топология шина:

- все устройства, подключенные к сети, равноправны, т.е. любая станция может начать передачу в любой момент времени (если передающая среда свободна);

- данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети. [4]

3.6 Сетевые операционные системы для локальных сетей

Основное направление развития современных Сетевых Операционных Систем (англ. Network Operation System - NOS) - перенос вычислительных операций на рабочие станции, создание систем с распределенной обработкой данных. Это в первую очередь связано с ростом вычислительных возможностей персональных компьютеров и все более активным внедрением мощных многозадачных операционных систем: OS/2, Windows NT и Windows 95. Кроме этого внедрение объектно-ориентированных технологий (OLE, ActiveX, ODBC и т.д.) позволяет упростить организацию распределенной обработки данных. В такой ситуации основной задачей NOS становится объединение неравноценных операционных систем рабочих станций и обеспечение транспортного уровня для широкого круга задач: обработка баз данных, передача сообщений, управление распределенными ресурсами сети (англ. directory/name service).

В современных NOS применяют три основных подхода к организации управления ресурсами сети.

Первый - это Таблицы Объектов (англ. Bindery). Используется в сетевых операционных системах NetWare 28б и NetWare 3.XX. Такая таблица находится на каждом файловом сервере сети. Она содержит информацию о пользователях, группах, их правах доступа к ресурсам сети (данным, сервисным услугам, печати через сетевой принтер и т.п.). Такая организация работы удобна, если в сети только один сервер. В том случае требуется определить и контролировать только одну информационную базу. При расширении сети, добавлении новых серверов объем задач по управлению ресурсами сети резко возрастает. Администратор системы вынужден на каждом сервере сети определять и контролировать работу пользователей. Абоненты сети, в свою очередь, должны точно знать, где расположены те или иные ресурсы сети, а для получения доступа к этим ресурсам - регистрироваться на выбранном сервере. Конечно, для информационных систем, состоящих из большого количества серверов, такая организация работы не подходит.

Второй подход используется в LANServer и Windows NT Server - Структура Доменов (англ. Domain). Все ресурсы сети и пользователи объединены в группы. Домен можно рассматривать как аналог таблиц объектов (англ. bindery), только здесь такая таблица является общей для нескольких серверов, при этом ресурсы серверов являются общими для всего домена. Поэтому пользователю для того чтобы получить доступ к сети, достаточно подключиться к домену (зарегистрироваться), после этого ему становятся доступны все ресурсы домена, ресурсы всех серверов и устройств, входящих в состав домена. Однако и с использованием этого подхода также возникают проблемы при построении информационной системы с большим количеством пользователей, серверов и, соответственно, доменов, например, сети для предприятия или большой разветвленной организации. Здесь эти проблемы уже связаны с организацией взаимодействия и управления несколькими доменами, хотя по содержанию они такие же, как и в первом случае.

Третий подход - Служба Наименований Директорий или Каталогов (англ. Directory Name Services - DNS) лишен этих недостатков. Все ресурсы сети: сетевая печать, хранение данных, пользователи, серверы и т.п. рассматриваются как отдельные ветви или директории информационной системы. Таблицы, определяющие DNS, находятся на каждом сервере. Это, во-первых, повышает надежность и живучесть системы, а во-вторых, упрощает обращение пользователя к ресурсам сети. Зарегистрировавшись на одном сервере, пользователю становятся доступны все ресурсы сети. Управление такой системой также проще, чем при использовании доменов, так как здесь существует одна таблица, определяющая все ресурсы сети, в то время как при доменной организации необходимо определять ресурсы, пользователей, их права доступа для каждого домена отдельно. В настоящее время наиболее распространенными сетевыми операционными системами являются NetWare 3.XX и 4.XX (Novell Inc.), Windows NТ Server 3.51 и 4.00 (Microsoft Corp.) и LAN Server (IВМ Соrр.).Рассмотрим более подробно возможности этих и некоторых других сетевых операционных систем и требования, которые они предъявляют к программному и аппаратному обеспечению устройств сети. NetWare 3.XX, Novell Inc.

Отличительные черты:

- самая эффективная файловая система среди современных NOS;

- самый широкий выбор аппаратного обеспечения;

- очень эффективная низкоуровневая архитектура. Основные характеристики и требования к аппаратному обеспечению.

- Центральный процессор: Celeron G530 LGA1155

- Минимальный объем жесткого диска: 9 Мбайт.

- Объем ОП (Оперативной Памяти) на сервере: 4 Мбайт - 4 Гбайт.

- Минимальный объем ОП РС (Рабочей Станции) клиента: 640 Кбайт.

- Операционная система: собственная разработка Novell Inc.

- Протоколы: IPX/SРХ.

- Мультипроцессорность: нет.

- Количество пользователей: 250.

- Максимальный размер файла: 4 Гбайт.

- Шифрование данных: нет.

- Монитор UPS: есть.

- TTS: есть.

- Управление распределенными ресурсами сети: таблицы bindery на сервере.

- Система отказоустойчивости: дублирование дисков, зеркальное отражение дисков, SFT II,SFT III, поддержка накопителя на магнитной ленте, резервное копирование таблиц bindery и данных.

- Компрессирование данных: нет.

- Фрагментация блоков (Block suballocations): нет.

- Файловая система клиентов: DOS, Windows 3.XX, Мас (доп.), ОS/2 (доп.), UNIX (доп.), Windows NT, Windows 95.

NetWare 4.XX, Novell Inc.

Отличительная черта:

Применение специализированной системы управления ресурсами сети (англ. NetWare Directory Services - NDS) позволяет строить эффективные информационные системы с количеством пользователей до 1000. В NDS определены все ресурсы, услуги и пользователи сети. Эта информация распределена по всем серверам сети; очень эффективная низкоуровневая архитектура; поддержка аппаратных средств сервера - использование преимуществ процессора Pentium, мультипроцессорной архитектуры, шины PCI, поддержка адаптеров с интерфейсом PC Card (новое название стандарта PCMCIA).Для управления памятью используется только одна область (pool), поэтому оперативная память, освободившаяся после выполнения каких-либо процессов, становится сразу доступной операционной системе (в отличие от NetWare 3.XX), сокращены безвозвратные выделения памяти. Защита памяти сервера - возможность запуска сомнительных модулей в специальной области памяти предотвращает повреждение ими содержимого памяти, принадлежащие другим модулям.

Новая система управления хранением данных (англ. Data Storage Management) состоит из трех компонент, позволяющих повысить эффективность файловой системы:

1. Фрагментация блоков или разбиение блоков данных на Подблоки (англ. Block Suballocation). Если размер блока данных на томе 64 Кбайта, а требуется записать файл размером 65 Кбайт, то ранее потребовалось бы выделить 2 блока по 64 Кбайта. При этом 6З Кбайта во втором блоке не могут использоваться для хранения других данных. В NetWare 4.XX система выделит в такой ситуации один блок размером 64 КБайта и два блока по 512 Байт. Каждый частично используемый блок делится на подблоки по 512 байт, свободные подблоки доступны системе при записи других файлов.

2. Упаковка Файлов (англ. File Compression). Долго не используемые данные система автоматически компрессирует, упаковывает, экономя таким образом место на жестких дисках. При обращении к этим данным автоматически выполняется декомпрессия данных.

3. Перемещение Данных (англ. Data Migration). Долго не используемые данные система автоматически копирует на магнитную ленту либо другие носители, экономя таким образом место на жестких дисках. Встроенная поддержка Протокола Передачи Серии Пакетов (англ. Packet-Burst Migration). Этот протокол позволяет передавать несколько пакетов без ожидания подтверждения о получении каждого пакета. Подтверждение передается после получения последнего пакета из серии. При передаче через шлюзы и маршрутизаторы обычно выполняется разбиение передаваемых данных на сегменты по 512 Байт, что уменьшает: скорость передачи данных примерно на 20%. Применение в NetWare 4.XX протокола LIP (англ. Large Internet Packet) позволяет повысить эффективность обмена данными между сетями, так как в этом случае разбиение на сегменты по 512 Байт не требуется.

Все системные сообщения и интерфейс используют специальный модуль. Для перехода к другому языку достаточно поменять этот модуль или добавить новый. Возможно одновременное использование нескольких языков: один пользователь при работе с утилитами использует английский язык, а другой в это же время немецкий. Утилиты управления поддерживают DOS, Windows и OS/2-интерфейс.

Основные характеристики и требования к аппаратному обеспечению.

1. Центральный процессор: Intel ix.

2. Минимальный объем жесткого диска: от 12 Мбайт до 60 Мбайт.

3. Объем ОП на сервере: 8 Мбайт - 4Гбайт.

4. Минимальный объем ОП РС клиента: 640 Кбайт.

5. Операционная система: собственная разработка Novell Inc.

6. Протоколы: IPX/SPX.

7. Мультипроцессорность: поддерживается.

8. Количество пользователей: 1000.

9. Максимальный размер файла: 4 Гбайт.

10. Шифрование данных: уровень С-2.

11. Монитор UPS: есть.

12. TTS: есть.

13. Управление распределенными ресурсами сети: NDS.

14. Система отказоустойчивости: дублирование дисков, зеркальное отражение дисков, SFT II,SFT III, поддержка накопителя на магнитной ленте, резервное копирование таблиц NDS.

15. Компрессирование данных: есть.

16. Фрагментация блоков (англ. Block Suballocation): есть.

17. Файловая система клиентов: DOS, Windows, Мас v5.XX, ОS/2, UNIX (доп.), Windows NT, Windows 95. LAN Server, IВМ Соrр.

Отличительные черты:

· использование доменной организации сети упрощает управление и доступ к ресурсам сети;

· обеспечивает полное взаимодействие с иерархическими системами (архитектурой SNA).

Целостная операционная система с широким набором услуг. Работает на базе OS/2, поэтому сервер может быть невыделенным (англ. nondedicated). Обеспечивает взаимодействие с иерархическими системами, поддерживает межсетевое взаимодействие. Выпускаются две версии LAN Server: Entry и Advanced. Advanced в отличие от Entry поддерживает сокопроизводительную файловую систему (англ. High Performance File System - HPFS). Она включает системы отказоустойчивости (англ. Fail Tolerances) и секретности (англ. Local ecurity). Серверы и пользователи объединяются в домены. Серверы в домене работают как единая логическая система. Все ресурсы домена доступны пользователю после регистрации в домене. В одной кабельной системе могут работать несколько доменов. При использовании на рабочей станции OS/2 ресурсы этих станций доступны пользователям других рабочих станций, но только одному в данное время. Администратор может управлять работой сети только с рабочей станции, на которой установлена операционная система OS/2. LAN Server поддерживает удаленную загрузку рабочих станций DOS, OS/2 и Windows (англ. Remote Interface Procedure Load - RIPL).

К недостаткам можно отнести:

· сложная процедура установки NOS;

· ограниченное количество поддерживаемых драйверов сетевых адаптеров. Основные характеристики и требования к аппаратному обеспечению.

· Центральный процессор: Celeron G530 LGA1155.

· Минимальный объем жесткого диска: 4.6 Мбайт для клиента (англ. requestor)/7.2 Мбайт для сервера.

· Минимальный объем ОП на сервере: 1.3 Мбайт - 16 Мбайт.

...