Лекция 14. Модели межмашинного обмена сообщениями.

Протоколы управления сетью

План: 1. Организация информационного взаимообмена в сети.

2. Методы сетевого доступа.

Организация информационного взаимообмена в сети. ЛВС должна иметь надежную и быструю систему передачи данных, стоимость которой должна быть меньше по сравнению со стоимостью подключаемых рабочих станций. Иными словами, стоимость передаваемой единицы информации должна быть значительно ниже стоимости обработки информации в рабочих станциях. Исходя из этого ЛВС, как система распределенных ресурсов, должна основываться на следующих принципах:

• единой передающей среды;

• единого метода управления;

• единых протоколов;

• гибкой модульной организации;

• информационной и программной совместимости.

Международная организация по стандартизации (ISO), основываясь на опыте многомашинных систем, который был накоплен в разных странах, выдвинула концепцию архитектуры открытых систем – эталонную модель, используемую при разработке международных стандартов.

На основе этой модели вычислительная сеть предстает как распределенная вычислительная среда, включающая в себя большое число разнообразных аппаратных и программных средств. По вертикали данная среда представляется рядом логических уровней, на каждый из которых возложена одна из задач сети. По горизонтали информационно-вычислительная среда делится на локальные части (открытые системы), отвечающие требованиям и стандартам структуры открытых систем.

Часть открытой системы, выполняющая некоторую функцию и входящая в состав того или иного уровня, называется объектом.

Правила, по которым осуществляется взаимодействие объектов сети одного и того же уровня и регламентируют обмен данными между ними называются протоколом.

Протоколы определяют порядок обмена информацией между сетевыми объектами. Они позволяют взаимодействующим рабочим станциям посылать друг другу вызовы, интерпретировать данные, обрабатывать ошибочные ситуации и выполнять множество других различных функций. Суть протоколов заключается в регламентированных обменах точно специфицированными командами и ответами на них (например, назначение физического уровня связи – передача блоков данных между двумя устройствами, подключенными к одной физической среде).

Протоколом передачи данных определяются следующие параметры информационного взаимообмена в сети:

• Синхронизация, т.е. механизм распознавания начала блока данных и его конца.

• Инициализация - установление соединения между взаимодейст­вующими партнерами. При условии, что приемник и передатчик используют один и тот же протокол, синхронизация устанавливается автоматически.

• Блокирование - разбиение передаваемой информации на блоки данных строго определенной максимальной длины (включая опо­знава­тельные знаки начала блока и его конца).

• Адресация - обеспечение идентификации различного используемого оборудо­вания, которое обменивается друг с другом информацией во время взаимодей­ствия.

• Обнаружение ошибок - установка и проверка контрольных битов.

• Нумерация блоков - позволяющая установить ошибочно переда­ваемую или поте­рявшуюся информацию.

• Управление потоком данных - 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, 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. Они вме­няются в обязанность пункта разрешения доступа (например, “только передача” или “только прием”).

Каждый уровень протокола подразделяется на две части:

• спецификация услуг;

• спецификация протокола.

Спецификация услуг определяет, что делает уровень, а спецификация протокола - как он это делает. Причем каждый конкретный уровень может иметь более одного протокола.

Большое число уровней, используемых в модели, обеспечивает декомпозицию информационно-вычислительного процесса на простые составляющие. В свою очередь, увеличение числа уровней вызывает необходимость включения дополнительных связей в соответствии с дополнительными протоколами и интерфейсами. Интерфейсы (макрокоманды, программы) зависят от возможностей используемой ОС.

Методы сетевого доступа.В компьютерных сетях могут функционировать различные протоколы обмена данными, которые определяют методы доступа к сетевым ресурсам. Наибольшее распространение получили методы доступа, реализуемые в сетях типа Ethernet, Arcnet и Token-Ring.

Метод доступа в сетях Ethernet.Этот метод, разработанный фирмой Xerox в 1975 году, пользуется наибольшей популярностью. Он обеспечивает высокую скорость передачи данных и надежность.

Метод обеспечивает множественный доступ с прослушиванием несущей и разрешением коллизий (конфликтов) (CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection). Сообщение, отправляемое одной рабочей станцией, принимается одновременно всеми остальными. Сообщение включает в себя адрес станции назначения и адрес станции отправителя. Станция, которой предназначено сообщение, принимает его, остальные игнорируют.

Перед началом передачи рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если канал свободен, станция начинает передачу. Ethernet не исключает возможности одновременной передачи сообщений двумя или несколькими станциями. Аппаратура автоматически распознает такие конфликты, называемые коллизиями. После обнаружения конфликта станции задерживают передачу на некоторое время, затем передача возобновляется.

Реально конфликты приводят к уменьшению быстродействия сети только в том случае, если в сети работают не менее 80-100 станций.

Метод доступа в сетях Arcnet разработан фирмой Datapoint Corp. Он также получил широкое распространение в основном благодаря тому, что оборудование Arcnet дешевле, чем оборудование Ethernet или Token-Ring. Технология Arcnet используется в локальных сетях с топологией “звезда”. Суть его заключается в том, что один из компьютеров создает специальный маркер (сообщение специального вида), который последовательно передается от одного компьютера к другому.

Если станция желает передать сообщение другой станции, она должна дождаться маркера и добавить к нему сообщение, дополненное адресом отправителя и адресом станции назначения. Когда пакет дойдет до станции назначения, сообщение будет “отцеплено” от маркера и передано станции.

Метод доступа в сетях Token-Ring был разработан фирмой IBM и рассчитан на кольцевую топологию сети.

Этот метод аналогичен используемому в сетях Arcnet. Он также использует маркер, передаваемый от одной станции к другой. Однако, в отличие от Arcnet, имеется возможность назначать разные приоритеты разным рабочим станциям.

Литература:

1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети, принципы, технологии, протоколы. – СПб.: Питер, 2000.