6.2. ARKITEKTUR AV DATANETTVERK

REFERANSEMODELLER FOR SYSTEMSAMMENSAKSJON

Interaksjonsmodell åpne systemer

For å bestemme oppgavene som er tildelt komplekst objekt, i tillegg til å fremheve hovedegenskapene og parameterne som den skal ha, opprettes generelle modeller av slike objekter. Den generelle modellen for et datanettverk bestemmer egenskapene til nettverket som helhet og egenskapene og funksjonene til hovedkomponentene.

Datanettverksarkitektur - en beskrivelse av dens generelle modell.

Variasjonen av produsenter av datanettverk og nettverksprogramvareprodukter har skapt problemet med å kombinere nettverk med forskjellige arkitekturer. For å løse det utviklet MoE en modell åpen systemarkitektur.

Åpent system - et system som samhandler med andre systemer i henhold til aksepterte standarder.

Den foreslåtte åpne systemarkitekturmodellen tjener som grunnlag for produsenter i utviklingen av kompatibelt nettverksutstyr. Denne modellen er ikke en slags fysisk kropp, hvis individuelle elementer kan berøres. Modellen representerer de mest generelle retningslinjene for å bygge interoperable nettverksstandarder. programvareprodukter... Disse anbefalingene bør implementeres både i maskinvare og programvare i datanettverk.

Open Systems Interconnection (OSI)-modellen er for tiden den mest populære nettverksarkitekturmodellen. Modellen vurderer generelle funksjoner, ikke spesielle løsninger, så ikke alle ekte nettverk de følger den absolutt. Interoperabilitetsmodellen for åpne systemer består av syv lag (Figur 6.15).

7. nivå - anvendt- gir støtte til søknadsprosesser sluttbrukere... Dette nivået definerer utvalget av anvendte oppgaver implementert i dette datanettverket. Den inneholder også alle nødvendige tjenesteelementer for brukerapplikasjoner. På påføringslag noen oppgaver i nettverksoperativsystemet kan gjengis.

6. nivå - representant- definerer syntaksen til dataene i modellen, dvs. presentasjon av data. Det garanterer presentasjon av data i koder og formater som er akseptert i dette systemet. I noen systemer kan dette laget kombineres med påføringslaget.

5. nivå - økt- implementerer etablering og vedlikehold av en kommunikasjonsøkt mellom to abonnenter gjennom kommunikasjonsnettverk... Den tillater utveksling av data i modusen definert av applikasjonsprogrammet, eller gir et valg av utvekslingsmodus. Sesjonsnivå opprettholder og avslutter kommunikasjonsøkten.

De tre øvre nivåene er forent under et felles navn - prosess eller anvendt prosess. Disse nivåene bestemmer funksjonelle funksjoner datanettverk som et applikasjonssystem.

4. nivå - transportere-Gir et grensesnitt mellom prosesser og nettverket. Den etablerer logiske kanaler mellom prosesser og sikrer overføring av informasjonspakker gjennom disse kanalene, som utveksles mellom prosesser. De logiske kanalene etablert av transportlaget kalles transportkanaler.

Plastpose- en gruppe byte som overføres av nettverksabonnenter til hverandre.

Ris. 6.15.Referansemodell for åpen systemarkitektur

3. nivå - Nettverk- definerer grensesnittet dataterminalutstyr bruker med et pakkesvitsjenettverk. Den er også ansvarlig for å rute pakker i et kommunikasjonsnettverk og for kommunikasjon mellom nettverk - den implementerer internettarbeid.

Ris. 6.16.Meldingsbehandling etter lag av OSI-modellen

Merk. Innen kommunikasjonsteknologi brukes begrepet dataterminalutstyr. Den definerer alt utstyr som er koblet til en kommunikasjonskanal i et databehandlingssystem (datamaskin, terminal, spesialutstyr).

2. nivå - kanal- datalinknivå - implementerer prosessen med å overføre informasjon over en informasjonskanal. En informasjonskanal er en logisk kanal, den etableres mellom to datamaskiner koblet sammen med en fysisk kanal. Linklaget gir dataflytkontroll i form av rammer som informasjonspakker pakkes inn i, oppdager overføringsfeil og implementerer en infoi tilfelle feil eller tap av data.

1. nivå - fysisk- utfører alle nødvendige prosedyrer i kommunikasjonskanalen. Dens hovedoppgave er å kontrollere dataoverføringsutstyret og kommunikasjonskanalen som er koblet til det.

Når informasjon overføres fra søknadsprosessen til nettverket, behandles den av nivåene til modellen for interaksjon av åpne systemer (fig. 6.16). Meningen med denne behandlingen er at hvert nivå legger til sin egen prosessinformasjon overskrift- tjenesteinformasjon, som er nødvendig for adressering av meldinger og for enkelte kontrollfunksjoner. I tillegg til overskriften legger datalinklaget også til en trailer - en sjekksekvens som brukes til å sjekke riktigheten av å motta en melding fra kommunikasjonsnettverket.

Det fysiske laget legger ikke til en overskrift. Meldingen, innrammet av overskrifter og trailer, går inn i kommunikasjonsnettverket og kommer til abonnentdatamaskinene til datanettverket. Hver abonnentdatamaskin som har mottatt en melding dekrypterer adressene og avgjør om denne meldingen er beregnet på den.

I dette tilfellet foregår den omvendte prosessen i abonnentdatamaskinen - lesing og avskjæring av overskrifter etter nivåene til modellen for interaksjon av åpne systemer. Hvert nivå reagerer kun på sin egen tittel. Overskriftene til de øvre nivåene blir ikke oppfattet eller endret av de lavere nivåene - de er "gjennomsiktige" for de lavere nivåene. Så når man beveger seg gjennom nivåene til OSI-modellen, kommer informasjon til slutt frem til prosessen den ble adressert til.

Merk følgende! Hvert nivå i den åpne systeminteraksjonsmodellen reagerer kun på sin egen overskrift.

Merk. I fig. 6.16 viser prosessen med å sende data gjennom nivåene.
modeller. Hvert nivå legger til sin egen overskrift - 3.

Hva er hovedfordelen med syv-nivå OSI-modellen? I prosessen med utvikling og forbedring av ethvert system, er det behov for å endre dens individuelle komponenter. Noen ganger gjør dette det nødvendig å endre andre komponenter, noe som kompliserer og kompliserer prosessen med å oppgradere systemet betydelig.

Det er her fordelene med syvlagsmodellen kommer frem. Hvis grensesnitt er unikt definert mellom nivåene, betyr ikke endring av et av nivåene behov for å endre andre nivåer. Dermed er det en relativ uavhengighet av nivåene fra hverandre.

Det er nødvendig å komme med en bemerkning til angående implementeringen av nivåene til OSI-modellen i ekte datanettverk. Funksjonene beskrevet av lagene i modellen må implementeres enten i maskinvare eller i form av programmer.

Funksjoner fysisk lag er alltid implementert i maskinvare. Dette er adaptere, dataoverføringsmultipleksere, nettverkskort etc.

Funksjonene til de resterende nivåene implementeres som programvaremoduler- sjåfører.

Kommunikasjonsmodell for LAN

For å ta hensyn til kravene til det fysiske overføringsmediet som brukes i LAN, ble det foretatt en viss modernisering av syv-nivåmodellen for interaksjon av åpne systemer for lokale nettverk. Behovet for slik modernisering ble forårsaket av det faktum at for å organisere samspillet mellom abonnentdatamaskiner i LAN brukes spesielle metoder tilgang til det fysiske overføringsmediet. De øvre lagene i OSI-modellen gjennomgikk ingen endringer, og lenkelaget ble delt i to undernivåer (Fig. 6.17). Undernivå LLC (Logical Link Control ) gir kontroll over den logiske lenken, dvs. utfører funksjonene til selve lenkelaget. Undernivå MAC (Media Access Control ) gir tilgangskontroll til miljøet. Hovedmetodene for tilgangskontroll til det fysiske overføringsmediet vil bli diskutert i kapittel. 6.3.

DATANETTVERKPROTOKOLLER

Protokollkonsept

Som vist tidligere, når man utveksler informasjon i nettverket, reagerer hvert lag i OSI-modellen på sin egen overskrift. Det er med andre ord en interaksjon mellom nivåene med samme navn i modellen i forskjellige abonnentdatamaskiner. Slik samhandling bør utføres ihtvisse regler.

Ris. 6.17.Referansemodell for lokal datanettverk

Protokoll- et sett med regler som bestemmer interaksjonen mellom to nivåer med samme navn i modellen for interaksjon av åpne systemer i forskjellige abonnentdatamaskiner.

Protokollen er ikke et program. Reglene og rekkefølgen av handlinger i utveksling av informasjon, definert av protokollen, må implementeres i programmet. Vanligvis er funksjonene til protokoller på forskjellige nivåer implementert i drivere for forskjellige datanettverk.

I samsvar med syv-nivåstrukturen til modellen kan vi snakke om behovet for eksistensen av protokoller for hvert nivå.

Konseptet med åpne systemer sørger for utvikling av standarder for protokoller av forskjellige lag. Protokollene til de nedre tre lagene i den åpne systemarkitekturmodellen er enklest standardiserte fordi de definerer handlingene og prosedyrene som er vanlige for alle typer datanettverk.

Det vanskeligste er å standardisere øvre lagprotokoller, spesielt anvendte, på grunn av mangfoldet av anvendte oppgaver og, i noen tilfeller, deres unike egenskaper. Hvis man etter typene strukturer, metoder for tilgang til det fysiske overføringsmediet, nettverksteknologiene som brukes og noen andre funksjoner, kan telle rundt et dusin forskjellige modeller av datanettverk, så etter deres funksjonelt formål det er ingen grenser.

Grunnleggende typer protokoller

Det er lettest å forestille seg funksjonene til nettverksprotokoller ved å bruke eksemplet med linklagsprotokoller, som er delt inn i to hovedgrupper: byteorienterte og bitorienterte.

Byte-orientert protokollen sørger for overføring av en melding over datakanalen i form av en sekvens av byte. Bortsett fra informasjonsbytes

kontroll- og servicebytes overføres også til kanalen. Denne typen protokoll er praktisk for en datamaskin, siden den er fokusert på å behandle data presentert i form av binære byte. For et kommunikasjonsmiljø er en byte-orientert protokoll mindre praktisk, siden å dele informasjonsflyten i kanalen i byte krever bruk av tilleggssignaler, som til slutt reduserer båndbredden til kommunikasjonskanalen.

Den mest kjente og utbredte byte-orienterte protokollen er den binære synkrone kommunikasjonsprotokollen. BSC (binær synkron kommunikasjon ) utviklet av selskapet IBM ... Protokollen sørger for overføring av to typer rammer: kontroll- og informasjonsrammer. V ledelsespersonell kontroll- og servicekarakterer overføres, i informasjon- meldinger (individuelle pakker, rekkefølge av pakker). Protokolloperasjon Bsc utføres i tre faser: etablere en forbindelse, opprettholde en meldingsoverføringsøkt og avslutte en forbindelse. Protokollen krever å sende en kvittering for hver overførte ramme om resultatet av mottaket. Rammer som er overført ved en feil, blir overført på nytt. Protokollen definerer maksimalt antall reoverføringer.

Merk. En kvittering er en kontrollramme som inneholder bekreftelse på meldingsmottak (positiv bekreftelse) eller avvisning på grunn av feil (negativ bekreftelse).

Overføring av neste ramme er bare mulig når en positiv kvittering for den forrige er mottatt. Dette begrenser hastigheten på protokollen betydelig og stiller høye krav til kvaliteten på kommunikasjonskanalen.

Litt orientert protokollen sørger for overføring av informasjon i form av en strøm av biter som ikke er delt inn i byte. Derfor, for å skille rammer, brukes spesielle sekvenser - flagg. I begynnelsen av rammen settes åpningsflagget, og på slutten - det avsluttende flagget.

Den bitorienterte protokollen er praktisk i forhold til kommunikasjonsmediet, siden kommunikasjonskanalen er nøyaktig orientert mot overføringen av en sekvens av biter. For en datamaskin er det ikke veldig praktisk, fordi fra den innkommende sekvensen av biter er det nødvendig å tildele byte for den påfølgende behandlingen av meldingen. Men med tanke på hastigheten til datamaskinen, kan vi anta at denne operasjonen ikke vil ha en betydelig innvirkning på ytelsen. Potensielt bitorienterte protokoller er raskere enn byteorienterte protokoller, noe som gjør dem bred bruk i moderne datanettverk.

En typisk representant for gruppen av bitorienterte protokoller er protokollen HDLC (Høynivå Data Link Control - det høyeste nivået av kommunikasjonskanalkontroll) og dets undersett. Protokoll HDLC styrer informasjonskanalen ved hjelp av spesielle kontrollrammer der kommandoer overføres. Informasjonsrammer er nummererte. I tillegg kommer protokollen HDLC lar deg overføre opptil tre til fem bilder til kanalen uten å motta en positiv kvittering. En positiv kvittering, for eksempel for den tredje rammen, indikerer at de to foregående ble mottatt uten feil, og bare den fjerde og femte rammen må sendes på nytt. En slik arbeidsalgoritme gir en høy hastighet på protokollen.

Av toppnivåprotokollene til OSI-modellen, X.400-protokollen (e-post) og FTAM (filoverføring, tilgang og administrasjon - filoverføring, filtilgang og filbehandling).

Datanettverksprotokollstandarder

For fysiske lagprotokoller er standarder definert av CCITT-anbefalinger. Digital overføring sørger for bruk av X.21- og X.21 bis-protokollene.

Koblingslaget definerer protokollen HDLC og dets undersett, samt X.25 / 3-protokollen.

Den utbredte bruken av lokale nettverk krevde utvikling av standarder for dette området. For øyeblikket brukes LAN-standarder av standardene utviklet av Institute of Electrical and Electronic Engineers - IEEE ( IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers).

IEEE-komiteer 802 har utviklet en rekke standarder, hvorav noen er vedtatt av ISO ( ISO ) og andre organisasjoner. Følgende standarder er utviklet for LAN:

802.1 - øvre nivåer og administrasjon;

802.2 - logisk datakoblingsadministrasjon ( LLC);

802.3 - metode for tilfeldig medietilgang ( CSMA / CD - Carrier Sense Multiple Access med kollisjonsdeteksjon - multippel tilgang med overføringskontroll og kollisjonsdeteksjon);

802.4 - markørbuss;

802,5 - markeringsring;

802.6 - storbynettverk.

Interaksjon av to noder fra ulike nettverk vist skjematisk i fig. 6.18. Utvekslingen av informasjon mellom lagene med samme navn bestemmes av protokollene diskutert ovenfor.

Merk. Nodene kobles sammen ved hjelp av en kommunikasjonskanal. Dette er miljøet somsvermen sprer meldinger fra en nettverksnode til en annen. Pakker ogrammer, som det var en samtale om, i form av en sekvens av elektriske signalerfangster kommer fra en node til en annen. Interaksjon på samme nivåmodellen hennes er vist med stiplede piler.

6.3. LOKALCOMPUTINGNETTVERK

FUNKSJONER I EN LAN-ORGANISASJON

Funksjonelle grupper av enheter i nettverket

Hovedformålet med et datanettverk er å gi informasjon og dataressurser til brukere som er koblet til det.

Fra dette synspunktet kan et lokalnettverk sees på som en samling av servere og arbeidsstasjoner.

Server- en datamaskin koblet til nettverket og gir brukerne visse tjenester.

Serverekan utføre datalagring, databasebehandling, ekstern jobbbehandling, utskriftsjobber og en rekke andre funksjoner som kan kreves av nettverksbrukere. Server er kilden til nettverksressurser.

Arbeidsstasjon- en personlig datamaskin koblet til nettverket der brukeren får tilgang til ressursene sine.

Arbeidsstasjonnettverket fungerer både i nettverks- og lokalmodus. Den er utstyrt med sitt eget operativsystem, gir brukeren alt nødvendige verktøy for å løse anvendte problemer.

Spesiell oppmerksomhet skal gis til en av servertypene - filserver ( Filserver ). I vanlig terminologi brukes et forkortet navn for det - filserver.

Filserveren lagrer dataene til nettverksbrukere og gir dem tilgang til disse dataene. Dette er en datamaskin med stor kapasitet tilfeldig tilgangsminne, harddisk stor kapasitet og ekstra båndstasjoner (streamere).

Den kjører under kontroll av et spesielt operativsystem som gir nettverksbrukere samtidig tilgang til dataene på den.

Filserveren kjører følgende funksjoner: datalagring, dataarkivering, synkronisering av dataendringer av forskjellige brukere, dataoverføring.

For mange oppgaver er det ikke nok å bruke en enkelt filserver. Da kan flere servere kobles til nettverket. Det er også mulig å bruke minidatamaskiner som filservere.

Administrere samspillet mellom enheter på nettverket

Informasjonssystemer bygget på grunnlag av datanettverk sikrer løsning av følgende oppgaver: datalagring, databehandling, organisering av brukertilgang til data, overføring av data og databehandlingsresultater til brukere.

I sentraliserte prosesseringssystemer ble disse funksjonene utført av den sentrale datamaskinen ( Mainframe, vert).

Datanettverk implementerer distribuert databehandling. Databehandling i dette tilfellet er fordelt mellom to objekter: klient og server.

Kunde- en oppgave, arbeidsstasjon eller datanettverksbruker.

I prosessen med databehandling kan klienten lage en forespørsel til serveren om å utføre komplekse prosedyrer, lese en fil, søke etter informasjon i en database, etc.

Serveren definert tidligere oppfyller forespørselen fra klienten. Resultatene av spørringen sendes til klienten. Serveren gir lagring av offentlige data, organiserer tilgang til disse dataene og overfører dataene til klienten.

Klienten behandler de mottatte dataene og presenterer behandlingsresultatene i en form som er praktisk for brukeren. I prinsippet kan databehandling også utføres på serveren. For slike systemer er begrepene vedtatt - systemer klient server eller arkitektur klient server.

Klient-server-arkitekturen kan brukes både i peer-to-peer lokale nettverk og i et nettverk med en dedikert server.

Peer-to-peer-nettverk. Det finnes ikke noe slikt nettverk et enkelt senter administrere samspillet mellom arbeidsstasjoner og det er ingen enkelt lagringsenhet. Nettverksoperativsystemet er fordelt på alle arbeidsstasjoner. Hver stasjon på nettverket kan utføre funksjonene til både en klient og en server. Den kan betjene forespørsler fra andre arbeidsstasjoner og rute tjenesteforespørslene til nettverket.

Alle enheter koblet til andre stasjoner (disker, skrivere) er tilgjengelige for nettverksbrukeren.

Fordeler med peer-to-peer-nettverk: lave kostnader og høy pålitelighet.

Ulemper med peer-to-peer-nettverk:

avhengighet av effektiviteten til nettverket på antall stasjoner;

kompleksiteten til nettverksadministrasjon;

kompleksiteten i å sikre beskyttelse av informasjon;

vanskeligheter med å oppdatere og endre stasjonsprogramvaren. De mest populære er peer-to-peer-nettverk basert på nettverksoperativsystemer LANtastic, NetWare Lite.

Dedikert servernettverk. I et nettverk med en dedikert server utfører en av datamaskinene funksjonene med å lagre data beregnet for bruk av alle arbeidsstasjoner, administrere interaksjonen mellom arbeidsstasjoner og en rekke tjenestefunksjoner.

En slik datamaskin blir ofte referert til som en nettverksserver. Den installerer et nettverksoperativsystem og kobler til alle delte eksterne enheter - harddisker, skrivere og modemer.

Kommunikasjon mellom arbeidsstasjoner på et nettverk skjer vanligvis gjennom en server. Logisk organisering et slikt nettverk kan representeres av en topologi stjerne. Rolle sentral enhet utføres av serveren. I nettverk med sentralisert kontroll er det mulig å utveksle informasjon mellom arbeidsstasjoner, utenom filserveren. For å gjøre dette kan du bruke programmet Nettlink ... Etter å ha startet programmet på to arbeidsstasjoner, kan du overføre filer fra disken til en stasjon til disken til en annen (i likhet med operasjonen med å kopiere filer fra en katalog til en annen ved å bruke programmet Norton Commander).

Fordeler med et nettverk med en dedikert server:

pålitelig system informasjonsbeskyttelse;

høy ytelse;

ingen begrensninger på antall arbeidsstasjoner;

enkel administrasjon sammenlignet med peer-to-peer-nettverk.

Ulemper med nettverket:

høye kostnader på grunn av tildelingen av en datamaskin til serveren;

avhengigheten av hastigheten og påliteligheten til nettverket på serveren;

mindre fleksibilitet sammenlignet med peer-to-peer-nettverk.

Dedikerte servernettverk er de vanligste blant datanettverksbrukere. Nettverksoperativsystemer for slike nettverk - LANServer (IBM), Windows NT Server 3.51 og 4.0, og NetWare (Novell).

TYPISKE TOPOLOGIER OG METODER FOR LAN-TILGANG

Fysiske LAN-medier

Fysisk miljø gir informasjonsoverføring mellom abonnenter på et datanettverk. Som allerede nevnt er det fysiske overføringsmediet til et LAN representert av tre typer kabler: tvunnet par ledninger, koaksialkabel, fiberoptisk kabel.

Tvunnet parbestår av to isolerte ledninger tvunnet sammen (fig. 6.19). Vridning av ledningene reduserer effekten av eksterne elektromagnetiske felt på de overførte signalene. Det enkleste alternativet med tvunnet par er en telefonkabel. Twisted pairs har ulike egenskaper bestemt av dimensjoner, isolasjon og vridningsstigning. Billigheten til denne typen overføringsmedium gjør den ganske populær for LAN.

Ris. 6.19. Tvinnede par ledninger

Den største ulempen med tvunnet par er dårlig støyimmunitet og lav dataoverføringshastighet - 0,25 - 1 Mbit / s. Teknologiske forbedringer gjør det mulig å øke overføringshastigheten og støyimmuniteten (skjermet tvunnet par), men samtidig øker kostnadene for denne typen overføringsmedier.

Koaksialkabel (Fig. 6.20) sammenlignet med tvunnet par har en høyere mekanisk styrke, støyimmunitet og gir informasjonsoverføringshastigheter opp til 10-50 Mbit/s. Det er to typer koaksialkabler tilgjengelig for industriell bruk: tykke og tynne. Tykk kabel er mer holdbar og sender signaler med ønsket amplitude over en større avstand enn tynn. Samtidig / race kabel er betydelig billigere. Koaksialkabel, som tvunnet par, er en av de mest populære typene overføringsmedier for LAN.

Ris. 6.20. Koaksialkabel

Ris. 6.21. Fiberoptisk kabel

Fiberoptisk kabel - ideelt overføringsmedium (fig. 6.21). Den påvirkes ikke av elektromagnetiske felt og har praktisk talt ingen stråling i seg selv. Sistnevnte egenskap gjør at den kan brukes i nettverk som krever økt informasjonshemmelighold.

Informasjonsoverføringshastighet fiberoptisk kabel mer enn 50 Mbps. Sammenlignet med tidligere typer overføringsmedium, det er dyrere, mindre teknologisk i drift.

LAN produsert av ulike firmaer, enten designet for en av typene overføringsmedier, eller kan implementeres i forskjellige versjoner, basert på forskjellige overføringsmedier.

Grunnleggende LAN-topologier

Datamaskiner inkludert i LAN-sammensetning, kan lokaliseres på den mest tilfeldige måten på territoriet der datanettverket opprettes. Det skal bemerkes at for måten å få tilgang til overføringsmediet og metoder for nettverksstyring på, er det ikke likegyldig hvordan abonnentdatamaskinene er plassert. Derfor er det fornuftig å snakke om LAN-topologi.

LAN topologier et gjennomsnittlig geometrisk skjema for nettverksnoderforbindelser.

Datanettverkstopologier kan være svært forskjellige, men for lokale datanettverk er bare tre typiske: ring, buss, stjerne.

Noen ganger brukes begrepene for forenkling - ring, dekk og stjerne. Man bør ikke tro at de betraktede typene topologier representerer en ideell ring, en ideell rett linje eller en stjerne.

Ethvert datanettverk kan sees på som en samling av noder.

Knute- enhver enhet som er direkte koblet til overføringsmediet til nettverket.

Topologi er gjennomsnittet av nettverkstilkoblingsmønsteret. Så, både en ellipse og en lukket kurve, og en lukket polylinje tilhører en ringtopologi, og en åpen polylinje til en busstopologi.

Ringformettopologi sørger for tilkobling av nettverksnoder med en lukket kurve - en overføringsmediumkabel (fig. 6.22). Utgangen til en vert er koblet til inngangen til en annen. Informasjon om ringen overføres fra node til node. Hver mellomnode mellom senderen og mottakeren videresender den sendte meldingen. Den mottakende noden gjenkjenner og mottar kun meldinger adressert til den.

Ris. 6.22. Ringtopologinettverk

En ringtopologi er ideell for nettverk som tar opp relativt lite plass. Den mangler en sentral hub, noe som øker påliteligheten til nettverket. Videreoverføring av informasjon gjør det mulig å bruke alle typer kabler som overføringsmedium.

Den konsekvente disiplinen med å betjene nodene til et slikt nettverk reduserer ytelsen, og svikt i en av nodene krenker ringens integritet og krever spesielle tiltak for å bevare informasjonsoverføringsbanen.

Dekktopologi er en av de enkleste (Figur 6.23). Det er assosiert med bruk av koaksialkabel som overføringsmedium. Data fra den overførende nettverksnoden distribueres langs bussen i begge retninger. Mellomnoder kringkaster ikke innkommende meldinger. Informasjon kommer til alle noder, men bare den den er adressert til mottar meldingen. Tjenestedisiplinen er parallell.

Ris. 6.23. Busstopologinettverk

Dette gir et buss-LAN med høy ytelse. Nettverket er enkelt å utvide og konfigurere, samt tilpasse seg ulike systemer... Busstopologinettverket er motstandsdyktig mot mulige funksjonsfeil individuelle noder.

Busstopologinettverk er for tiden de vanligste. Det skal bemerkes at de er korte og ikke tillater bruk av forskjellige typer kabel innenfor samme nettverk.

Stjerneformettopologien (figur 6.24) er basert på konseptet om en sentral node som perifere noder er koblet til. Hver perifer node har sin egen separate kommunikasjonslinje med den sentrale noden. All informasjon overføres gjennom en sentral hub, som videresender, bytter og ruter informasjonsstrømmer i nettverket

Ris. 6.24.Stjernetopologinettverk

Stjernetopologien forenkler samspillet mellom LAN-noder med hverandre, tillater bruk av enklere nettverksadaptere... Samtidig er ytelsen til et LAN med stjernetopologi helt avhengig av det sentrale stedet.

I ekte datanettverk kan mer komplekse topologier brukes, som i noen tilfeller representerer kombinasjoner av de som vurderes.

Valget av en bestemt topologi bestemmes av bruksområdet til LAN, den geografiske plasseringen av nodene og dimensjonen til nettverket som helhet.

Medietilgangsmetoder

Overføringsmediet er felles ressurs for alle verter. For å kunne få tilgang til denne ressursen fra en vert, kreves det spesielle mekanismer - tilgangsmetoder.

Medietilgangsmetode - en metode som sikrer oppfyllelse av et sett med regler i henhold til hvilke nettverksnoder får tilgang til en ressurs.

Det er to hovedklasser av accessormetoder: deterministisk, ikke-deterministisk.

På deterministisk Ved tilgangsmetoder fordeles overføringsmediet mellom nodene ved hjelp av en spesiell kontrollmekanisme som garanterer overføring av nodedata i et visst, tilstrekkelig kort tidsintervall.

De vanligste deterministiske tilgangsmetodene er pollingmetode og rettighetsmetode. Undersøkelsesmetoden ble diskutert tidligere. Den brukes først og fremst i stjernetopologinettverk.

Metoden for overføring av rettigheter brukes i nettverk med ringtopologi. Den er basert på overføring av en spesiell melding over nettverket - et token.

Markør- tjenestemelding av et bestemt format, der ab- Nettverksmedlemmer kan legge inn sine egne informasjonspakker.

Tokenet sirkulerer rundt ringen, og enhver node som har data å overføre, legger den i en gratis token, setter token opptatt-flagget og sender den rundt ringen. Noden som meldingen ble adressert til mottar den, setter bekreftelsesflagget og sender token til ringen.

Sendernoden, etter å ha mottatt en bekreftelse, frigjør tokenet og sender det til nettverket. Det er tilgangsmetoder som bruker flere tokens.

Ikke-deterministisk - tilfeldige tilgangsmetoder sørger for konkurranse fra alle nettverksnoder om retten til å overføre. Samtidige overføringsforsøk fra flere noder er mulig, noe som resulterer i kollisjoner.

Den vanligste ikke-deterministiske tilgangsmetoden er operatørsans multitilgang med kollisjonsdeteksjon ( CSMA / CD ). I hovedsak er dette rivaliseringsmodusen beskrevet tidligere. Bærefrekvensstyring betyr at en node som ønsker å sende en melding "lytter" til overføringsmediet og venter på at den blir utgitt. Hvis mediet er ledig, begynner noden å sende.

Det skal bemerkes at nettverkstopologien, mediumtilgangsmetoden og overføringsmetoden er nært knyttet til hverandre. Den definerende komponenten er nettverkstopologien.

Formål med LAN

I løpet av de siste fem årene har lokalnettverk blitt utbredt innen ulike felt innen vitenskap, teknologi og produksjon.

LAN er spesielt mye brukt i utviklingen av kollektive prosjekter, for eksempel komplekse programvaresystemer. På grunnlag av et LAN er det mulig å lage datastøttede designsystemer. Dette tillater implementering av nye teknologier for design av maskintekniske produkter, radioelektronikk og datateknologi. Under betingelsene for utviklingen av en markedsøkonomi blir det mulig å lage konkurransedyktige produkter, raskt modernisere dem, og sikre implementeringen av bedriftens økonomiske strategi.

LAN gjør det også mulig å implementere nye informasjonsteknologier i systemer for organisatorisk og økonomisk styring.

I undervisningslaboratoriene til universitetene tillater LAN å forbedre kvaliteten på utdanningen og introdusere moderne intelligente læringsteknologier.

LAN-KOBLING

Årsaker LAN-konsolidering

Over tid slutter et LAN-system opprettet på et visst utviklingsstadium å møte behovene til alle brukere, og da oppstår problemet med å utvide det. funksjonalitet... Det kan være nødvendig å forene i selskapet ulike LAN som har dukket opp i dets ulike avdelinger og avdelinger i annen tid, i det minste for å organisere datautveksling med andre systemer. Problemet med å utvide nettverkskonfigurasjonen kan løses både innenfor en begrenset plass og med tilgang til det eksterne miljøet.

Ønsket om å få tilgang til visse informasjonsressurser kan kreve LAN-tilkobling til nettverk på høyere nivå.

I selve enkel versjon LAN-tilkobling er nødvendig for å utvide nettverket som helhet, men de tekniske egenskapene eksisterende nettverk er oppbrukt, kan nye abonnenter ikke kobles til den. Du kan bare opprette et annet LAN og kombinere det med et eksisterende ved å bruke en av følgende metoder.

LAN-tilkoblingsmetoder

Bro. Den enkleste måten å koble til et LAN på er å kombinere de samme nettverkene innenfor en begrenset plass. Det fysiske overføringsmediet legger begrensninger på lengden på nettverkskabelen. Innenfor tillatt lengde bygges et nettverkssegment - et nettverkssegment. For å kombinere nettverkssegmenter, bruk broer.

Bridge - En enhet som kobler sammen to nettverk ved å bruke samme nettverk Toda Data overføring.

Nettverkene som kobles sammen med broen må ha de samme nettverkslagene som interaksjonsmodellen for åpne systemer, de nedre lagene kan ha noen forskjeller.

For et nettverk av personlige datamaskiner er en bro en egen datamaskin med spesiell programvare og ekstra maskinvare. Broen kan koble sammen nettverk med forskjellige topologier, men som kjører under kontroll av samme type nettverksoperativsystemer.

Broer kan være lokale eller eksterne.

Lokaltbroer forbinder nettverk som ligger i et begrenset område innenfor et eksisterende system.

Slettetbroer forbinder geografisk adskilte nettverk ved hjelp av eksterne kanaler kommunikasjon og modemer.

Lokale broer er på sin side delt inn i interne og eksterne.

Innvendigbroer er vanligvis plassert på en av datamaskinene i et gitt nettverk og kombinerer funksjonen til en bro med funksjonen til en abonnentdatamaskin. Utvidelse av funksjoner utføres ved å installere et ekstra nettverkskort.

Utvendigbroer sørger for bruk av en separat datamaskin med spesiell programvare for å utføre sine funksjoner.

Ruter (ruter). En kompleks nettverkskonfigurasjon, som er en tilkobling av flere nettverk, krever en spesiell enhet. Oppgaven til denne enheten er å sende en melding til adressaten i ønsket nettverk... En slik enhet kalles mars teaser.

Ruter, eller ruter, - en enhet som kobler sammen ulike typer nettverk, men bruker samme operativsystem.

Ruteren utfører sine funksjoner på nettverksnivå, så det avhenger av kommunikasjonsprotokollene, men er ikke avhengig av typen nettverk. Ved å bruke to adresser - nettverksadressen og vertsadressen, velger ruteren en unik stasjon på nettverket.

Eksempel6.7. Det er nødvendig å opprette en forbindelse med abonnenten telefonnett ligger i en annen by. Først ringes adressen til telefonnettverket til denne byen - retningsnummeret. Deretter - vertsadressen til dette nettverket - telefonnummer abonnent. Funksjonene til ruteren utføres av PBX-utstyret.

Ruteren kan også velge den beste måten for å sende en melding til en nettverksabonnent, filtrerer den informasjonen som går gjennom den, og sender bare informasjonen som er adressert til den til et av nettverkene.

I tillegg gir ruteren lastbalansering i nettverket ved å omdirigere meldingsstrømmer over ledige kommunikasjonskanaler.

Inngangsport.For å kombinere et LAN, helt forskjellige typer opererer i henhold til betydelig forskjellige protokoller, spesielle enheter er gitt - porter.

Inngangsport- en enhet som lar deg organisere utveksling av data mellom to nettverk ved hjelp av forskjellige kommunikasjonsprotokoller.

Gatewayen utfører sine funksjoner på nivåene over nettverket. Det avhenger ikke av det brukte overføringsmediet, men avhenger av de brukte kommunikasjonsprotokollene. Vanligvis konverterer en gateway mellom de to protokollene.

Ved å bruke gatewayer kan du koble et lokalnettverk til vertsdatamaskinen, samt koble et lokalnettverk til det globale.

Eksempel 6.8.Det er nødvendig å kombinere lokale nettverk ligger i forskjellige byer. Denne oppgaven kan løses ved hjelp av globalt nettverk Data overføring. Et slikt nettverk er et pakkesvitsjenettverk basert på X.25-protokollen. En gateway kobler det lokale nettverket til nettverket X .2 S ... Gatewayen utfører de nødvendige protokollkonverteringene og muliggjør kommunikasjon mellom nettverk.

Broer, rutere og til og med gatewayer er strukturelt laget i form av kort som er installert i datamaskiner. De kan utføre funksjonene sine både i modusen for fullstendig utvalg av funksjoner, og i modusen for å kombinere dem med funksjonene til en arbeidsstasjon i et datanettverk.

Moderne dataløsninger kan klassifiseres basert på at de tilskrives en bestemt arkitektur. Men hva kan det være? Hva er hovedtilnærmingene til å forstå dette begrepet?

Arkitekturen til datasystemer som et sett med maskinvarekomponenter

Hva er essensen av konseptet "arkitektur datasystem"? Under det tilsvarende begrepet kan man først og fremst forstå et sett med elektroniske komponenter som utgjør en PC, som samhandler innenfor en viss algoritme ved å bruke ulike typer grensesnitt.

Som er en del av datasystemet:

• inndataenhet;
• viktigste databrikkesett;
• enheter for lagring av data;
• komponenter for visning av informasjon.

På sin side kan hver av de merkede komponentene inkludere et stort nummer av individuelle enheter. For eksempel kan hoveddatabrikkesettet inkludere en prosessor, brikkesett på hovedkort, grafisk databehandlingsmodul. I dette tilfellet kan den samme prosessoren bestå av andre komponenter: for eksempel en kjerne, cache-minne, registre.

Ut fra strukturen til spesifikke maskinvarekomponenter på PC-en bestemmes det faktisk hvilken arkitektur for datasystemet som er bygget. La oss vurdere hovedkriteriene som visse databehandlingsløsninger kan klassifiseres etter.

Klassifisering av datasystemer

I samsvar med tilnærmingen som er utbredt blant eksperter, kan datasystemer etter deres arkitektur inkludere:

• til stormaskiner;
• til en mini-datamaskin;
• til personlige datamaskiner.

Det er verdt å merke seg at denne klassifiseringen dataløsninger, i samsvar med hvilke arkitekturen til et datasystem kan bestemmes, anses av mange eksperter for å være utdaterte. Spesielt kan de samme personlige datamaskinene i dag deles inn i et stort antall varianter, svært forskjellige i formål og egenskaper.

Dermed, ettersom datasystemer utvikler seg, kan det klassifiseres ved å bruke endrede kriterier. Likevel anses den angitte ordningen som tradisjonell. Det vil være nyttig å vurdere det mer detaljert. I samsvar med den er den første typen datamaskiner de som er relatert til arkitekturen til store maskiner.

Store datamaskiner

Store datamaskiner, eller stormaskiner, brukes oftest i industrien – som datasentre for ulike produksjonsprosesser. De kan installeres med kraftige brikker med ekstremt høy ytelse.

Den vurderte arkitekturen til et datasystem kan utføre opptil flere titalls milliarder beregninger per sekund. Stormaskiner koster usammenlignbart dyrere enn andre systemer. Som regel krever tjenesten deres deltakelse av et ganske stort antall personer med de nødvendige kvalifikasjonene. I mange tilfeller utføres deres arbeid innenfor underavdelingene organisert som bedriftens datasenter.

Mini-datamaskin

Arkitektur datasystemer og datanettverk basert på dem kan representeres av løsninger klassifisert som minidatamaskiner. Generelt kan formålet deres være det samme som for stormaskiner: bruk av en tilsvarende type datamaskin i industrien er veldig vanlig. Men som regel er bruken typisk for relativt små bedrifter, mellomstore bedrifter, vitenskapelige organisasjoner.

Moderne minidatamaskiner: muligheter

I mange tilfeller utføres bruken av disse datamaskinene nettopp med det formål effektiv ledelse intranett. Dermed kan de vurderte løsningene brukes, spesielt, som høyytelsesservere. De er også utstyrt med svært kraftige prosessorer som Intels Xeon Phi. Denne brikken kan operere i hastigheter over 1 teraflops. Den tilsvarende prosessoren er designet for 22 nm produksjonsprosessen og har en minnebåndbredde på 240 GB / s5.

Personlige datamaskiner

Den neste typen datamaskinarkitektur er PC-en. Det er nok det vanligste. PC-er er ikke like kraftige eller kraftige som stormaskiner og mikrodatamaskiner, men i mange tilfeller er de i stand til å løse problemer innen både industrielle og vitenskapelige felt, for ikke å snakke om typiske brukeroppgaver som å kjøre applikasjoner og spill.

En annen bemerkelsesverdig funksjon som kjennetegner personlige datamaskiner er at ressursene deres kan slås sammen. Datakraften til et tilstrekkelig stort antall PC-er kan dermed sammenlignes med ytelsen datamaskinarkitekturer høyere klasse, men det er selvfølgelig veldig problematisk å nå sine nominelle nivåer ved å bruke en PC.

Likevel er arkitekturen til datasystemer, nettverk basert på personlige datamaskiner preget av allsidighet, når det gjelder implementering i ulike bransjer, tilgjengelighet og skalerbarhet.

Personlige datamaskiner: klassifisering

Som vi bemerket ovenfor, kan PC-er klassifiseres i et stort antall varianter. Blant disse: stasjonære datamaskiner, bærbare datamaskiner, nettbrett, PDA-er, smarttelefoner - som kombinerer PC-er og telefoner.

Som regel har stasjonære datamaskiner de kraftigste og mest produktive arkitekturene; den minst kraftige - smarttelefoner og nettbrett på grunn av deres lille størrelse og behovet for å redusere ressursene til maskinvarekomponenter betydelig. Men spesielt mange av de tilsvarende enhetene toppmodeller, når det gjelder hastighet, i prinsippet sammenlignbar med de ledende modellene av bærbare datamaskiner og budsjettstasjoner.

Den bemerkede klassifiseringen av PC-er vitner om deres allsidighet: i forskjellige varianter kan de løse typiske brukeroppgaver, produksjon, vitenskapelig, laboratorie. Programvare, arkitekturen til datasystemer av tilsvarende type er i mange tilfeller tilpasset for bruk av en vanlig borger som ikke har spesiell opplæring, noe som kan kreves av en person som jobber med en stormaskin eller minidatamaskin.

Hvordan etablere tilordningen av en dataløsning til en PC?

Hovedkriteriet for å klassifisere en dataløsning som en PC er dens personlige orientering. Det vil si at den tilsvarende er designet hovedsakelig for bruk av én bruker. Imidlertid er mange av infrastrukturressursene han henvender seg til, unektelig av sosial natur: Dette kan spores til eksemplet med bruk av Internett. Til tross for at dataløsningen er personlig, kan den praktiske effektiviteten i bruken kun registreres hvis en person får tilgang til datakilder generert av andre mennesker.

Programvareklassifisering for datamaskinarkitekturer: stormaskiner og minidatamaskiner

Sammen med klassifiseringen av datamaskiner som vi har diskutert ovenfor, er det også kriterier for å tildele visse kategorier av programmer som er installert på tilsvarende typer datautstyr. Når det gjelder stormaskiner og de som er nær dem etter formål, og i noen tilfeller av ytelsen til minidatamaskiner, har de som regel muligheten til å bruke flere operativsystemer tilpasset for å løse spesifikke produksjonsoppgaver... Spesielt kan disse operativsystemene tilpasses for å lansere ulike automatiseringsverktøy, virtualisering, implementering av industrielle standarder, integrasjon med forskjellige typer Applikasjonsprogramvare.

Programvareklassifisering: personlige datamaskiner

Programmer for vanlige PC-er kan presenteres i varianter som er optimalisert for å løse, i sin tur, brukeroppgaver, så vel som de produksjonene som ikke krever ytelsesnivået som kjennetegner stormaskiner og minidatamaskiner. Dermed finnes det industrielle, vitenskapelige og laboratorieprogrammer for PC-er. Programvaren, arkitekturen til datasystemer av tilsvarende type avhenger av den spesifikke bransjen de brukes i, på det forventede ferdighetsnivået til brukeren: det er åpenbart at profesjonelle løsninger for industridesign kan ikke utformes for en person som kun har grunnleggende kunnskap innen bruk av dataprogrammer.

PC-programmer i ulike varianter har i mange tilfeller intuitivt klart grensesnitt, diverse hjelpedokumentasjon. I sin tur kan kraften til stormaskiner og minidatamaskiner utnyttes fullt ut, forutsatt at ikke bare instruksjonene følges, men også når brukeren regelmessig gjør endringer i strukturen til programmene som lanseres: dette kan kreve ytterligere kunnskap, for eksempel relatert til bruk av språkprogrammering.

PC-programvarearkitekturnivåer

Konseptet med "arkitektur av datasystemer" lærebok i informatikk, avhengig av synspunktene til forfatteren, kan tolkes på forskjellige måter. En annen vanlig tolkning av det tilsvarende begrepet involverer dets korrelasjon med programvarelag. I dette tilfellet spiller det ingen rolle i hvilket datasystem de tilsvarende programvarenivåene er implementert.

I samsvar med denne tilnærmingen skal arkitekturen til en datamaskin forstås som et sett med forskjellige typer data, operasjoner, egenskaper til programvare som brukes for å opprettholde funksjonen til maskinvarekomponentene til en datamaskin, samt skape forhold under hvilke brukeren er i stand til å bruke disse ressursene i praksis.

Programvarelagsarkitekturer

Eksperter identifiserer følgende hovedarkitekturer for datasystemer i sammenheng med den vurderte tilnærmingen til å forstå det tilsvarende begrepet:

• digital logisk arkitektur en databehandlingsløsning - faktisk en PC i form av forskjellige moduler, celler, registre - for eksempel plassert i prosessorstrukturen;
• mikroarkitektur på nivå med tolkning av ulike mikroprogrammer;
• kringkastingsarkitektur spesiallag- på montørnivå;
• arkitekturen for å tolke de tilsvarende kommandoene og deres implementering til programkode som er forståelig for operativsystemet;
• kompileringsarkitektur for å tillate endringer i programkoder visse typer programvare;
• arkitektur av høynivåspråk som gjør det mulig å tilpasse programkoder for å løse spesifikke brukerproblemer.

Viktigheten av klassifisering av programvarearkitektur

Selvfølgelig kan denne klassifiseringen i sammenheng med å betrakte et gitt begrep som korresponderende med programvarelag være veldig vilkårlig. Arkitekturen til en datamaskin og utformingen av datasystemer, avhengig av deres produksjonsevne og formål, kan kreve forskjellige tilnærminger fra utviklere i klassifiseringen av programvarenivåer, så vel som faktisk å forstå essensen av begrepet om hvilke i spørsmålet.

Til tross for at disse representasjonene er teoretiske, er deres tilstrekkelige forståelse av stor betydning, siden det bidrar til utviklingen av mer effektive konseptuelle tilnærminger for å bygge visse typer datainfrastruktur, lar utviklere optimalisere sine løsninger til forespørsler fra brukere som løser spesifikke problemer .

Sammendrag

Så vi har definert essensen av begrepet "arkitektur til et datasystem", hvordan det kan sees avhengig av en bestemt kontekst. I samsvar med en av de tradisjonelle definisjonene kan den tilsvarende arkitekturen forstås som maskinvarestrukturen til en PC, som forhåndsbestemmer nivået på ytelsen, spesialiseringen og kravene til brukernes kvalifikasjoner. Denne tilnærmingen forutsetter klassifiseringen av moderne dataarkitekturer i 3 hovedkategorier - stormaskiner, minidatamaskiner og PC-er (som i sin tur også kan representeres av ulike typer dataløsninger).

Som regel er hver type av de spesifiserte arkitekturene designet for å løse spesifikke problemer. Stormaskiner og minidatamaskiner brukes oftest i industrien. Ved hjelp av PC er det også mulig å løse et bredt spekter av produksjonsoppgaver, gjennomføre ingeniørutvikling – til dette tilpasses også tilsvarende arkitektur av datasystemer. Laboratoriearbeid, vitenskapelige eksperimenter med denne teknikken blir tydeligere og mer effektive.

En annen tolkning av det aktuelle begrepet involverer dets korrelasjon med spesifikke programvarenivåer. I denne forstand er arkitekturen til datasystemer et arbeidsprogram som sikrer funksjonen til en PC, samt skaper forutsetninger for å bruke den. datakraft i praksis for å løse enkelte brukerproblemer.

Foredrag: Arkitektur av datamaskiner og datanettverk

Datamaskinarkitektur

Arkitekturen til datamaskiner forstås som alle deres komponenter, så vel som prinsippene for deres drift. Kobler vi flere datamaskiner sammen, så kan vi få et ferdig datanettverk.

Det er to hovedkomponenter som kreves for å opprette et datanettverk:

1. Spesialutstyr for nettverksdannelse;

2. Programvare slik at alle datamaskiner kan fungere sammen.

Datanettverk flere datamaskiner kalles, sammenkoblet av spesialutstyr, kontrollert spesielle programmer, og dermed sikre utveksling og felles bruk av informasjon som er lagret i et datanettverk.

Kommunikasjonslinje Er et miljø som er i stand til å koble datamaskiner til hverandre inn i et datanettverk, er det via kommunikasjonslinjer at informasjon overføres.

Hvis noe informasjon overføres direkte mellom noen abonnenter. Da skjer det ved hjelp av en kommunikasjonskanal. De forente kommunikasjonslinjene er kanalene. Én kommunikasjonslinje kan tilhøre flere kommunikasjonskanaler.

Datanettverk kan være av lokal bruk (i felten, i bedriften), regionale (som tilhører en viss region), globale nettverk.

Typer datanettverk

La oss se nærmere på hva et lokalt, regionalt og globalt nettverk er.

Det lokale nettverket Er et nettverk som kobler sammen de datamaskinene som er på kortdistanse fra hverandre, vanligvis på territoriet til en bygning eller til og med en etasje.

Den store fordelen med dette nettverket er at alle datamaskiner er på kort avstand, noe som øker hastigheten på informasjonsoverføringen, og utvider også mulighetene til et slikt nettverk.

Hvis et bestemt nettverk kobler sammen brukere over lange avstander, kalles et slikt nettverk global.

Et bredt utvalg av kommunikasjonslinjer brukes til slike nettverk, hvorav noen opprinnelig ble brukt til andre formål (for eksempel telefon- eller telegraflinjer). Men takket være moderne tilnærming nesten alle forbindelseslinjer er erstattet av radio eller fiberoptiske linjer.

Hvis flere lokale nettverk er kombinert til ett nettverk, kalles det regional.

Disse nettverkene forener alle lokale nettverk i en by, et distrikt eller en region.

Det er også bedriftsnettverk - nettverk som kobler sammen datamaskiner fra samme organisasjon eller industri for utveksling av arbeidsinformasjon.

For slike nettverk trenger ikke datamaskiner å være plassert i samme bygning.

Nettverksarkitektur Er et sett med parametere, regler, protokoller, algoritmer, kart som lar deg studere nettverket.

Protokoll Er et sett med regler som antar betegnelser for hvilke typer data som kan overføres over et nettverk.

Nettverkstopologi

Nettverkstopologi Er en plan som beskriver stedene der datamaskiner er tilkoblet, samt deres noder.

Det er flere typer topologier, som bestemmes av antall datamaskiner, hva er avstanden mellom datamaskiner, hvilke parametere som brukes og mange andre egenskaper.

Det er flere hovedtyper av topologier: "Point", "Buss". "Ring", "Stjerne".

"Punkt"

Punktteknologi forener to datamaskiner i serie med hverandre.

MINISTERIET FOR BRENGEN AV RUSSLAND

Federal State Budgetary Education Institution

høyere profesjonsutdanning

Tula State University

Avdeling for "Robotikk og produksjonsautomatisering"

Samling av retningslinjer for laboratoriearbeid

ved disiplin

Datamaskiner, systemer og nettverk

Treningsretning: 220400 "Mekatronikk og robotikk"

Spesialitet: 220402 "Roboter og robotsystemer"

Treningsformer: fulltid

Tula 2012

Metodiske instrukser for laboratoriearbeid utarbeides Førsteamanuensis, Ph.D. Shmelev V.V. og diskutert på et møte i avdelingen fakultet kybernetikk ,

protokoll nr. ___ datert "___" ____________ 20 1 G.

Metodiske retningslinjer for laboratoriearbeid ble revidert og godkjent på et møte i avdelingen robotikk og industriell automasjon fakultet kybernetikk ,

Protokoll nr. ___ datert "___" ____________ 20___

Hode avdeling ________________ E.V. Larkin

Laboratoriearbeid nr. 1. Klassifisering av datamaskiner og arkitektur for datasystemer 4

2.1 Datamaskinklassifisering 4

Laboratoriearbeid nr. 2. Sammensetning og innretning personlig datamaskin 9

2.1 Strukturen til en personlig datamaskin 9

Grunnleggende PC-enheter 15

Laboratoriearbeid nr. 3. Personlige datamaskinlagringsenheter 29

2.1 Lagringsenheter 29

Laboratoriearbeid nr. 4. Eksterne enheter PC 58

Laboratoriearbeid nr. 5. Lokalnettverk 79

2.1 Lokalnettverk 79

Laboratoriearbeid nr. 6. Programvare, informasjon og teknisk støtte for nettverk 91

2.1. Programvare og informasjonsstøtte for nettverk 92

2.2 Grunnleggende prinsipper for å bygge datanettverk 93

2.3. Teknisk støtte for informasjon og datanettverk 104

Studieobjektet er programvare, informasjon og teknisk støtte for nettverk 122

2. Å studere programvare, informasjon og teknisk støtte for nettverk 122

Laboratoriearbeid nr. 7. Globalt informasjonsnettverk Internett 123

2. Grunnleggende om teori 123

2.1 Globalt informasjonsnettverk Internett 123

Laboratoriearbeid nr. 8. Kommunikasjonssystem 133

1. Formålet med og målene for arbeidet 133

2. Grunnleggende om teori 133

2.1. TELEKOMMUNIKASJONSsystemer 133

Dokumenterte informasjonsoverføringssystemer 146

Laboratoriearbeid nr. 1. Klassifisering av datamaskiner og arkitektur for datasystemer

1. Hensikt og mål med arbeidet.

Som et resultat av dette arbeidet bør studentene

vet datamaskinklassifisering og arkitektur for datasystemer

2. Grunnlaget for teorien.

2.1 Datamaskinklassifisering

Datamaskin - et sett med tekniske midler designet for automatisk behandling av informasjon i prosessen med å løse ulike problemer.

Det er flere kriterier som en VM kan deles etter. Spesielt:

etter handlingsprinsippet,

på elementgrunnlaget og stadier av skapelse,

etter avtale,

i størrelse og prosessorkraft,

etter funksjonalitet,

Etter handlingsprinsippet VM: analog, digital og hybrid.

Analog eller kontinuerlig videospiller, arbeid med informasjon presentert i kontinuerlig (analog) form, dvs. i form av en kontinuerlig strøm av verdier av enhver fysisk mengde (oftest spenningen til en elektrisk strøm)

AVM-er er enkle og enkle å bruke. Hastigheten for å løse problemer reguleres av operatøren og kan være svært høy, men nøyaktigheten i beregningene er svært lav. Slike maskiner løser effektivt differensialregningsproblemer som ikke krever kompleks logikk.

Digital, eller diskret VM, arbeid med informasjon presentert i diskret, eller snarere digital form.

Hybrid- eller VM-er med kombinert handling kombinerer mulighetene til å jobbe med både digital og analog informasjon. De brukes vanligvis i automatisering av kontrolloppgaver for tekniske og teknologiske prosesser.

I økonomien og hverdagsaktiviteter har digitale datamaskiner blitt utbredt, oftere referert til som datamaskiner eller datamaskiner.

I henhold til elementgrunnlaget og skapelsesstadiene er det:

1. generasjon, 50-tallet av det tjuende århundre: en datamaskin basert på elektroniske vakuumrør.

2. generasjon, 60-tallet: datamaskiner basert på halvlederenheter (transistorer).

3. generasjon, 70-tallet: datamaskiner basert på halvlederintegrerte kretser med lav og middels grad av integrering (hundrevis til tusenvis av transistorer i én pakke, på en brikke).

Fjerde generasjon, 80-90-tallet: datamaskiner basert på store og ultrastore IC-er, hvorav den viktigste er en mikroprosessor (titalls tusen millioner aktive elementer på én krystall).

Hvis det elektroniske utstyret til datamaskiner av 1. generasjon okkuperte en hall med et areal på 100-150 kvm. m, deretter VLSI 1-2 kvm. cm og avstanden mellom elementene på den er 0,11-0,15 mikron (tykkelsen på et menneskehår er flere titalls mikron)

5. generasjon, i dag: datasystemer med flere dusin parallelle mikroprosessorer.

6. og påfølgende generasjoner: datamaskiner med massiv parallellitet og en optisk-elektronisk base, der prinsippet om assosiativ informasjonsbehandling er implementert; såkalte nevrale datamaskiner.

Det er viktig å vite:

Hver påfølgende generasjon overgår systemytelsen og lagringskapasiteten med mer enn en størrelsesorden.

Etter avtale det er vanlig å skille universelle datamaskiner, problemorienterte og spesialiserte.

Universell er designet for å løse et bredt spekter av tekniske, økonomiske, matematiske og andre problemer, som er preget av store mengder databehandling og kompleksiteten til algoritmer.

Problemorientert er designet for å løse et smalere spekter av oppgaver knyttet til styring av teknologiske prosesser (objekter), med registrering, akkumulering og behandling av relativt små volumer data, utfører beregninger i henhold til relativt enkle algoritmer. De inkluderer begrensede maskinvare- og programvareressurser.

Spesialisert er designet for å løse spesifikke oppgaver for å kontrollere driften av tekniske enheter (enheter). Disse kan være kontrollere - prosessorer som kontrollerer driften av individuelle noder i et datasystem.

Størrelse og prosessorkraft datamaskiner kan deles inn i ultrastore (superdatamaskiner, superdatamaskiner), store, små og ultrasmå (mikrodatamaskiner, mikrodatamaskiner).

Komparative egenskaper ved datamaskinklasser

Alternativer	Superdatamaskin			Mikrodatamaskin
Ytelse, MIPS
RAM-kapasitet, MB
OVC-kapasitet, GB
Litt dybde

Ved å revidere funksjonalitet datamaskiner blir evaluert:

• prosessorhastighet,

  bithet av prosessorregistre,

  former for representasjon av tall,

  nomenklatur, kapasitet og ytelse for lagringsenheter,

  nomenklatur og tekniske egenskaper for eksterne enheter,

  muligheten til å kjøre flere programmer samtidig (multitasking),

  utvalget av operativsystemer som brukes,

  programvarekompatibilitet - muligheten til å kjøre programmer skrevet for andre typer datamaskiner,

  evnen til å jobbe i et datanettverk

RUSSISK FØDERASJON

KUNNSKAPS- OG VITENSKAPSDEPARTEMENTET

Statens utdanningsinstitusjon

TYUMEN STATE UNIVERSITY

Institutt for matematikk og informatikk

E. A. Olennikov

Arkitektur av datasystemer og datanettverk

Opplærings- og metodikkkompleks.

Arbeidsprogram for heltidsstudenter,

spesialitet 010500.62 "Matematisk støtte og administrasjon av informasjonssystemer", opplæringsprofiler: "Programmeringsteknologier",
« Parallell programmering»

Tyumen State University

... Arkitekturen til datasystemer og datanettverk.

Opplærings- og metodikkkompleks. Arbeidsprogram for heltidsstudenter av spesialiteten 010500.62 "Programvare og administrasjon informasjonssystemer», treningsprofiler: "Programmeringsteknologier", "Parallell programmering". Tyumen, 2011, 13 s.

Arbeidsprogrammet er utarbeidet i samsvar med kravene i Federal State Education Standard of Higher Professional Education, under hensyntagen til anbefalingene og PROP HPE i retning og profil for opplæring.

Godkjent av viserektor for akademiske anliggender ved Tyumen State University

Ansvarlig redaktør:, leder. stol informasjonssikkerhet, d. såkalte, prof.

© GOU VPO Tyumen State University, 2014

2. Forklaring

2.1. Mål og mål for faget

Disiplinen "Architecture of Computing Systems and Computer Networks" har som mål å gi et helhetlig syn på:

Om prinsippene for å bygge drifts- og datasystemer (OS, VS);

Om hovedfunksjonene til operativsystemet;

Tabell 4.

Planlegger selvstendig arbeid studenter

	Moduler og temaer	Typer CPC	Semester uke	Klokkevolum	Nummer- i poeng
obligatorisk	ytterligere
Modul 1
	Historien om utviklingen av operativsystemer.
	Grunnleggende konsepter og konsepter for OS. OS-funksjoner. Arkitektoniske trekk OS.	Sammendrag av stoff i forelesninger.	Arbeid med pedagogisk litteratur
	Prosessledelse. Løp, prosesssynkronisering. Blindveier og metoder for å håndtere dem.	Sammendrag av stoff i forelesninger.	Arbeid med pedagogisk litteratur
	Minnehåndtering.	Sammendrag av stoff i forelesninger.	Arbeid med pedagogisk litteratur
	Total modulo 1:
Modul 2
	I/O-kontroll	Sammendrag av stoff i forelesninger.	Arbeid med pedagogisk litteratur
	Filsystemer	Sammendrag av stoff i forelesninger.	Arbeid med pedagogisk litteratur
	Filsystemorganisasjon FAT, NTFS	Sammendrag av stoff i forelesninger. Utførelse av kontrollarbeid.	Arbeid med pedagogisk litteratur
	Organisasjon filsystemer brukes i Unix / Linux OS	Sammendrag av stoff i forelesninger.	Arbeid med pedagogisk litteratur
	Total modulo 2:
Modul 3
	OS-arkitektur Windows XP, Seven, Windows 2003/2008.	Sammendrag av stoff i forelesninger.	Arbeid med pedagogisk litteratur
	OS-arkitektur Unix-familien	Sammendrag av stoff i forelesninger.	Arbeid med pedagogisk litteratur
	Linux OS-arkitektur. Linux-distribusjoner	Sammendrag av stoff i forelesninger. Utførelse av kontrollarbeid.	Arbeid med pedagogisk litteratur
	Total mod 3:
	TOTAL:

5. Deler av disiplinen og tverrfaglige koblinger til de gitte (etterfølgende) disiplinene

Disiplinetemaer som kreves for å studere de gitte (påfølgende) disiplinene

Modul 1.

Tema 1.1. Historien om utviklingen av operativsystemer.

OS evolusjon. Historien om utviklingen av Unix.

Tema 1.2. Grunnleggende konsepter og konsepter for OS. OS-funksjoner.

Arkitektoniske trekk ved OS. Funksjoner, konstruksjonsprinsipper, funksjonelle komponenter og arkitektoniske funksjoner og OS-klassifisering.

Tema 1.3. Prosessledelse. Løp, prosesssynkronisering. Blindveier og metoder for å håndtere dem.

Definisjon av prosessen og konsepter knyttet til den. Prosessplanlegging. Løp. Synkronisering av prosesser. Blindveier og metoder for å håndtere dem.

Tema 1.4. Minnehåndtering

Typer adresser. Minnetildelingsmetoder. Hierarki av lagringsenheter. Prinsippet for databufring.

Modul 2.

Tema 2.1. I/O-kontroll

Fysisk organisering av input-out-enheter. Organisering av I/O-programvare

Tema 2.2. Filsystemer

Enkle konsepter. Den logiske organiseringen av filen. Operasjoner på filer og kataloger. Filbeskyttelse. Filsystemimplementering. Generell filsystemmodell. Ledig og travel ledelse diskplass... Filsystemstruktur på disk

Tema 2.3. Filsystemorganisasjon FAT, NTFS

Logisk organisering av FAT, NTFS filsystemer.

Tema 2.4. Organisering av filsystemer brukt i Unix / Linux OS

Logisk organisering av filsystemer: S5, UFS, Ext2FS, ReiserFS, Ext3fs, XFS, JFS.

Modul 3.

Tema 3.1. OS-arkitektur Windows XP, Seven, Windows 2003/2008.

Tema 3.2. Unix-familie OS-arkitektur

Tema 3.3. Linux OS-arkitektur. Linux-distribusjoner

7. Planer for seminarer

Ikke planlagt.

8. Temaer for praktisk arbeid

1. Oppretting og styring av prosesser ved bruk av verktøy Vinn API, konstruksjon av programmeringsspråk.

2. Utvikling flertrådsapplikasjon ved hjelp av Win API, programmeringsspråkdesign.

3. Synkronisering av prosesser. Ventefunksjoner. Ventende objekter: hendelser.

4. Synkronisering av prosesser. Ventende objekter: ventetidtakere, semaforer

5. Synkronisering av prosesser. Vent-objekter: Mutexes, kritiske seksjoner

6. Utvikling av en applikasjon som simulerer en av de klassiske algoritmene for prosesskontroll i operativsystemer

7. Utvikling av søknad for mottak systeminformasjon Windows OS: liste over prosesser og tråder, størrelse og minneallokering.

8. Fordelingsstudie virtuell hukommelse prosess i Windows. Utvikling av en applikasjon for å skaffe et kart over det virtuelle adresserommet til prosesser.

9. Bruke virtuelt minne. Valg av regioner, overføring fysisk hukommelse regionsider i Windows. Utvikling av en applikasjon som bruker virtuelt minne til å jobbe med store datastrukturer.

10. Filer tilordnet til minnet. Utvikle en applikasjon for kopiering av store filer ved å bruke den minnetilordnede filmekanismen.

11. Utvikling av en applikasjon som simulerer en av de klassiske minnehåndteringsalgoritmene i operativsystemer

12. Utforske strukturen til FAT-filsystemer ved å bruke diskeditoren

13. Utforske strukturen til NTFS-filsystemer ved hjelp av diskredigering

14. Installasjon og konfigurasjon av FreeBSD OS.

15. Arbeide med brukere i FreeBSD OS. Administrere kontoer, grupper, begrense brukere. Utføre kommandoer på vegne av andre brukere: SU, SUDO-verktøy.

16. Filsystemer i OS FreeBSD. Partisjonsadministrasjon, montering, innstilling av tilgangsrettigheter.

17. Nettverksinnstillinger på FreeBSD OS.

18. Bygge og konfigurere FreeBSD OS-kjernen.

9. Omtrentlig emne for semesteroppgaver

Kurser om disiplinen er ikke gitt.

10. Pedagogisk - metodisk støtte selvstendig arbeid av studenter. Evalueringsverktøy for overvåking av fremgang, mellomliggende sertifisering basert på resultatene av å mestre disiplinen (modulen).

Kvalitetskontroll av tilberedning utføres ved kontroll teoretisk kunnskap og praktiske ferdigheter ved å bruke:

a) Gjeldende attestasjon:

kontroll mellomliggende kontroll fungerer og mottak laboratoriearbeid,

b) Midlertidig sertifisering:

eksamen på slutten av 4. semester (studenter tas opp til eksamen etter å ha bestått alt laboratoriearbeid, løst alle problemene med prøveoppgaver).

Gjeldende og mellomliggende kontroll med å mestre og mestre fagets materiale utføres innenfor rammen av vurderingssystemet (100 poeng).

Eksempel på laboratorieoppgave

Laboratoriearbeid. Konfigurering av FreeBSD OS-kjernen. Installerer programvare.

Oppgave 1. Bygge kjernen.

1. Bygg din egen kjerne basert på følgende krav:

Velg kjernenavnet etter eget skjønn;

Deaktiver ubrukt maskinvarestøtte;

Aktiver alternativet som forbyr omstart av systemet ved å bruke ctrl-alt-del-tastatursnarveien.

2. Installer kjernen.

Oppgave 2. Installere programvare fra pakker

1. Installer et hvilket som helst tekstredigeringsprogram ved å bruke sysinstall-verktøyet.

2. Installer vim-tekstredigeringsprogrammet fra pakken.

Oppgave 3. Installere programvare fra porter

1. Installer MC-filbehandlingen (port: ../misc/mc).

Testeksempel

Implementer et opplegg for å "varsle" tre ventende tråder om å plassere en (vilkårlig format) melding i køen basert på "hendelse"-synkroniseringsobjektet. Hendelser sendes til køen av to tråder som har prioritet ett nivå lavere enn venter. Beregn gjennomsnittlig antall meldinger behandlet av hver tråd. Køen skal beskyttes av en kritisk seksjon.

Eksamensspørsmål

Operativsystemkonsept. Operativsystemet er som en virtuell maskin. Operativsystemet som et ressursstyringssystem. Operativsystemet som en konstant fungerende kjerne. Konsept driftsmiljø... Programvaremiljø. Primær og sekundær programvaremiljø ... OS evolusjon. Grunnleggende funksjoner til operativsystemer Grunnleggende prinsipper for å bygge et operativsystem Arkitektur av et operativsystem. Generell tilnærming. Priviligerte og brukermoduser. Arkitektoniske trekk ved moderne operativsystemer. Monolitisk kjerne. Lagdelte systemer. Virtuelle maskiner. Mikrokjernearkitektur. Blandede systemer. Klassifisering av operativsystemer. Funksjoner av bruksområder. Klassifisering av operativsystemer. Multitasking-støtte. Klassifisering av operativsystemer. Forebyggende og ikke-forebyggende multitasking. Klassifisering av operativsystemer. Flertrådsstøtte. Klassifisering av operativsystemer etter måten de samhandler med en datamaskin. Klassifisering av operativsystemer etter type sentralisering. Klassifisering av operativsystemer. Multiprosessering. Klassifisering av operativsystemer. Støtte for flerspillermodus. Klassifisering av operativsystemer etter type maskinvare. Klassifisering av operativsystemer. Funksjoner ved bruksområder Klassifisering av operativsystemer. Funksjoner av byggemetoder. Prosess konsept. Prosess stater. Informasjonsstrukturer i prosessen. Prosessplanlegging. Planleggingsnivåer. Hovedmålene for planlegging. Prosessplanleggingsalgoritmer. Forebyggende og ikke-forebyggende multitasking Synkronisering av prosesser. Kritiske ressurser. Løp. Kritiske seksjoner. Programvarealgoritmer for å organisere samspillet mellom prosesser. Deaktiver avbrudd. Blokkerende variabler. Programvarealgoritmer for å organisere samspillet mellom prosesser. Semaforer. Observere. Meldinger Deadlock konsept. Betingelser for forekomst av blindveier. Hovedretningene i kampen mot blindveier. Windows-trådsynkroniseringsverktøy. Ventefunksjoner og objekter. Hovedfunksjonene til OS for minneadministrasjon. Typer adresser. Metoder for å tildele minne uten å bruke diskplass. Minnetildeling av faste partisjoner. Minnetildeling i variable partisjoner. Tildele minne med flyttbare partisjoner Forstå virtuelt minne Metoder for å tildele minne ved å bruke diskplass. Paging Memory Allocation Segment Minneallokering Side-Segment Memory Allocation Swapping Konseptet med et filsystem. Fil. Filtyper og attributter. Den logiske organiseringen av filen. Operasjoner på filer og kataloger. Filbeskyttelse. Generell filsystemmodell. Metoder for tildeling av diskplass. Gratis og brukt diskplassbehandling. Minnetilordnede filer Filsystemytelse Samtidsarkitektur filsystemer Fil FETT system 16.12.32 - logisk og fysisk organisering Fil NTFS-system- logisk og fysisk organisering. Filsystem NTFS - journalføring, sikkerhet, komprimering, kryptering. Enheten til filsystemer i Unix-familien beskyttet modus av prosessoren

11. Utdanningsteknologier.

Kombinasjon av tradisjonell pedagogiske teknologier i form av forelesninger, datalaboratoriearbeid og kontrolltiltak (kontrollarbeider).

Auditive leksjoner:

Forelesnings- og datalaboratoriestudier; i laboratorieklasser foretas kontroll ved levering av laboratorieoppgaven. I løpet av semestrene gjennomfører studentene oppgavene som er angitt av læreren for hver leksjon.

Aktive og interaktive former

Datamodellering og analyse av resultater under laboratoriearbeid

Fritidsaktiviteter:

Fullføre tilleggsoppgaver av ulike typer og kompleksitetsnivåer når du utfører laboratoriearbeid, forberede seg til klasseromsstudier, studere individuelle emner og problemstillinger i den akademiske disiplinen i samsvar med læreplanens tematiske plan, utarbeide sammendrag. Utarbeidelse av individuelle oppdrag: kontrollarbeider, forberedelse til alle typer kontrolltester: aktuell overvåking av fremdrift og mellomliggende sertifisering; individuelle konsultasjoner.

12. Pedagogisk-metodisk og informativ støtte til disiplinen

12.1. Hovedlitteratur:

1. E. Tanenbaum. Moderne operativsystemer. - SPb .: Peter, 2011

12.2. Ytterligere litteratur:

1. , . Nettverksoperativsystemer. - SPb .: Peter, 2005

2. Stolings V. Operativsystemer. M .: Williams, 2004

3. Eben M., Tyman B. FreeBSD. Administrasjon: kunsten å oppnå balanse. - SPb .: DiaSoftUP, 2003

4., FreeBSD: installasjon, konfigurasjon, bruk. -SPb .: BHV-Petersburg, 2003

5. Gordeev-systemer. - SPb .: Peter, 2004

6. Carrie B. Rettsmedisinsk analyse av filsystemer. - SPb .: Peter, 2007

7. E. Tanenbaum. Datamaskinarkitektur. - SPb .: Peter, 2010

8. E. Tanenbaum. Operativsystemer: design og implementering. - SPb .: Peter, 2006

12.3. Programvare og Internett-ressurser.

Universitetets elektroniske biblioteksystemer for pedagogisk litteratur;

Vitenskapelig og teknisk informasjon base av VINITI RAS;

Tilgang til åpne sitasjonsdatabaser, inkludert stipendiat. , matte-nett. ru;

Utviklingsmiljøer i C #, C ++, Pascal;

Systemvirtualiseringsprogramvare: VMWare arbeidsstasjon, Virtuell PC.

13. Tekniske midler og logistikk.

For organisering av selvstendig arbeid av studenter er det nødvendig datamaskin klasse med et installert utviklingsmiljø i C #, C ++, Pascal og ett av programmene for systemvirtualisering: VMWare Workstation, Virtual PC, med mulighet til å kjøre bilder virtuelle maskiner kjører Windows NT, FreeBSD.