АКАДЕМИЯ ТРУДА и СОЦИАЛЬНЫХ ОТНОШЕНИЙ

КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ и ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Контрольная работа

по ИНФОРМАТИКЕ

 
Москва - 2010

Оглавление:

1.      Введение. 3

2. Определение локальных сетей и их основные характеристики. 4

2.1.  Классификация протоколов передачи данных. 4

2.2. Выбор показателей для оценки ППД в ЛС. 5

3. Системы без приоритетов. 6

3.1. Мультиплексная передача с временным разделением (TDM), или слот. 6

3.2.  Вставка регистра. 6

3.3.  Система с контролем несущей ( с коллизиями). 7

3.4.  Передача маркера. 8

3.5. Системы с передачей маркера (приоритетные). 9

3.6. Приоритетное маркерное кольцо. 10

3.7.  Маркерная шина (с приоритетом). 10

4.  Оценка зависимости показателей эффективности ППД типа "маркеное кольцо" от различных параметров. 11

Список использованной литературы: 12

1.                Введение.

С распространением ЭВМ нетрудно прeдсказать рост в потребности передачи данных. Некотрые приложения, которые нуждаются в системах связи, могут помочь понять основные проблемы, которые связаны с сетями связи.

Существует много приложений, требующих удаленного доступа к базам данных. Простыми примерами являются информационные и финансовые службы, доступные пользователям персональных ЭВМ.

Также существует много приложений, требующих дистанционного обновления баз данных, которое может сочетаться с доступом к данным. Система резервирования авиабилетов, аппаратуры автоматического подсчета голосов, системы управления инвентаризацией и т. д. являются такими примерами. В приложениях подобного типа имеются множество географически распределенных пунктов, в которых требуются входные данные.

Еще одним широко известным приложением является электронная почта, для людей пользующихся сетью. Такую почту можно читать, заносить в файл, направлять другим пользователям, дополняя, быть может, комментариями, или читать находясь в различных пунктах сети. Очевидно, что такая служба имеет много преимуществ по сравнению с традиционной почтой с точки зрения скорости доставки и гибкости.

В промышленности средств связи уделяется большое внимание системам передачи данных на большие расстояния. Индустрия глобальных сетей (далее ГС) развивается и занимает прочные позиции. Локальные сети (далее ЛС) являются относительно новой областью средств передачи данных.

Промышленность производства 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.

Использование ЛС позволяет облегчить доступ к устройствам оконечного оборудования данных (далее ООД), установленным в учреждении. Эти устройства не только ЭВМ (персональные, мини- и большие ЭВМ), но и другие устройства, обычно используемые в учреждениях, такие, как принтеры и все возрастающее число электронных устройств хранения и обработки файлов и баз 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.

2. Определение локальных сетей и их основные характеристики.

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

- каналы обычно принадлежат организации пользователя;

-каналы являются высокоскоростными. Устройства ООД подключаются в сеть с использованием каналов с меньшей скоростью передачи данных;

- устройства ООД обычно располагаются неподалеку друг от друга, в пределах здания или территории предприятия;

- каналы имеют более высокое качество по сравнению с каналами ГС;

- расстояние между рабочими станциями, подключаемыми к локальной сети, обычно составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч футов;

- ЛС передает данные между станциями пользователей ЭВМ (некотрые ЛС передают речевую и видеоинформацию);

- пропускная способность ЛС, как правило, больше, чем у глобальной сети;

- канал локальной сети обычно находится в монопольной собственности организации, использующей сеть. Телефонные компании обычно непричастны к владению или управлению каналами. Однако телефонные каналы предлагают пользователю ЛС широкий диапазон услуг;

- интенсивность ошибок в ЛС значительно ниже по сравнению с ГС на базе телефонных каналов.

2.1.  Классификация протоколов передачи данных.

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.

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. Если АКД имеет физическое соединение с удаленной АКД, УК "квитирует установление связи" с удаленным УК, чтобы гарантировать, что обе системы готовы к обмену данными;

- 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 распространеннных подходов к управлению каналом связи относится к использованию протокола первичныйвторичный или главныйподчиненный. этот метод выделяет в качестве первичного узла в канале одно из устройств ООД, АКД или ОКД. Первичный (главный) узел управляет всеми остальными станциями, подключенными к каналу, и определяет, когда и какие устройства могут производить обмен данными. Системы типа первичныйвторичный 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, а также в некоторых гибридных системах, показанных на схеме.

В структуре локальной сети обычно отсутствует главная станция, управляющая трафиком в канале. Так как для ЛС характерны небольшие значения времени распространения сигналов, высокие скорости работы канала и малые значения интенсивности ошибок, не требуется, чтобы в локальной сети использовались сложные протокольные механизмы установления соединения, опросавыбора, положительного и отрицательного подтверждения (квитирования).

2.2. Выбор показателей для оценки ППД в ЛС.

Для того чтобы выбрать тот,  или иной ППД, 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.

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.

3.      Системы без приоритетов.

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

Мультиплексная передача с временным разделением (TDM) 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.

3.2.   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. Вставка регистра является развитием метода "слотированного кольца".

3.3.  Система с контролем несущей ( с коллизиями).

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 (без арбитража перед передачей). 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 некотрый 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. Это может показаться удивительным, но многие поставщики и рабочие группы по стандартизации оказывают предпочтение методу "1-настойчивого" контроля.

Сети с контролем несущей обычно реализуются в локальных сетях, потому что окно коллизии увеличивается по мере увеличения длины глобального 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.

3.4.  Передача маркера.

Передача маркера - это еще один метод, широко используемый для реализации равноранговых неприоритетных и приоритетных систем. Приоритетные системы будут рассмотрены позднее. Этот метод применяется во многих локальных сетях. Некотрые системы с передачей маркера реализованы на основе горизонтальной шинной топологии, другие - на основе кольцевой топологии.

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 некоторых системах предусматривается, что маркер удаляется из кольца, кадр другого пользователя помещается после первого элемента данных, а маркер помещается позади последнего элемента данных. Это дает эффект "подсадки" кадров ( piggybacking) в сети, аналогичной вставке регистра, который приводит к циркуляции в кольце кадров нескольких пользователей. "Подсадка" особенно эффективна в случае больших колец, для которых характерно большое время задержки передачи по кольцу.

Маркерная шина. 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

Необходимо помнить, что 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. Этот вид передачи маркера называется явной маркерной системой, поскольку шинная топология требует упорядочения использования канала станциями.

3.5. Системы с передачей маркера (приоритетные).

Последний пример одноранговых приоритетных систем - это улучшенная схема передачи маркера, предполагающая дополнительное использование приоритетов в маркерной сети, как правило, маркерном кольце. Каждой системе, подключаемой к маркерной сети, приписывается некоторый приоритет. Обычно назначается восемь приоритетов. 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.

Станция, захватывающая маркер, должна запоминать предыдущее значение поля резервирования в области своей временной памяти. После "высвобождения" маркера, когда он завершит полный оборот по кольцу, станция восстанавливает предыдущий запрос к сети, имеющий более низкий приоритет. Таким образом, как только маркер в следующем цикле делается свободным, станции с наивысшим значением резервирования разрешается его захватить. Приоритетные системы с передачей маркера широко применяются в ЛС, поэтому рассмотрим их более подробно.

3.6. Приоритетное маркерное кольцо.

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, превращая маркер в индикатор начала-кадра-пользователя, 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. Копирование данных требуется только в том случае, если данные должны быть переданы прикладной системе конечного пользователя, связанной с этим конкретным узлом. 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.

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.

3.7.  Маркерная шина (с приоритетом).

Маркер (право на передачу) передается от станции к станции в убывающем порядке численных адресов станций. Когда станция определяет, что маркерный кадр адресован ей, она может перередавать кадры данных. Когда станция заканчивает передачу кадров данных, она передает маркер следующей станции в логическом кольце. Владея маркером, станция может временно делегировать свое право передачи другой станции, посылая кадр данных запрос-с-ответом.

После того как станция завершает передачу кадров данных, которые у нее были, станция передает маркер следующей станции в логическом кольце путем передачи маркерного управляющего кадра.

Послав маркерный кадр, станция слушает среду, чтобы удостовериться, что станция-преемник "услышала" маркерный кадр и находится в активном состоянии. Если станция-отправитель определяет, что вслед за маркером послан действительный кадр, она считает, что станция-преемник владеет маркером и ведет передачу. Если отправитель маркера не "слышит" действительного кадра, следующего за переданным ею маркером, она пытается оценить состояние сети и может принять меры для обхода неисправной станции путем установления нового преемника. В случае более серьезных неисправностей делаются попытки заново инициировать кольцо.

Если станция-преемник не ведет передачу, станция-отправитель обычно считает, что преемник находится в нерабочем состоянии. Отправитель затем передает кадр "кто следующий" ("who follows"), содержащий адрес своего предшественника. Станция, адрес предшественника которой совпадает с адресом "кто следующий", посылает кадр "установить преемника"("set successor"), содержащий ее адрес. Таким образом производится обход отказавшей станции в сети.

Добавление станций к сети производится в соответствии с подходом названным "окна ответа".

4.  Оценка зависимости показателей эффективности ППД типа "маркеное кольцо" от различных параметров.

С точки зрения конфликтных ситуаций этот ППД считается достаточно надежным. В данном случае конфликтные ситуации не возникают, так как любая станция может передавать данные только после захвата маркера.

Также в маркеном кольце имеется и широко применяется возможность приоритетного обслуживания.

При использовании ППД этого типа обеспечивается полное использование канала. Немаловажным преимуществом ППД типа "маркерное кольцо" является возможность использования в загруженных сетях.

Список использованной литературы:

1. Ю. Блэк "Сети ЭВМ : протоколы стандарты интерфейсы" Москва , Изд-во "Мир" 2005г.
2. А. В. Бутрименко "Разработка и эксплуатация сетей ЭВМ" Москва, Изд-во "Финансы и статистика" 2007г.
3. Д. Бертсекас, Р. Галлагер "Сети передачи данных" Москва, Изд-во "Мир" 2008г.
4. А. В. Гаврилов "Локальные сети ЭВМ" Москва , Изд-во "Мир " 2005г.