Проблемы построения сетей

Информационные сети

Лекция  №2

1.  Проблемы построения сетей.

1.1 Связь ПК и ПУ.

Изначально, абстрагируясь от понятия сети, можно вернуться к простейшему случаю взаимодействия двух устройств, например, ПК и некого периферийного устройства. Однако принципы взаимодействия остались неизменными.

Для обмена данными предусмотрен внешний интерфейс: со стороны компьютера совокупность аппаратных  (контроллер ПУ) и программных средств управляющих контроллером (драйвер). Интерфейс обеспечивает определенный набор правил обмена информацией. Иногда используется термин протокол. Пример интерфейсов: Centronics  и RS-232С – параллельный (принтер) и последовательный интерфейсы (мышь, клавиатура).

Со стороны ПУ, как правило, используется аппаратное устройство управления, хотя встречаются и программно управляемые ПУ. Обмен данными осуществляется с помощью команд ввода/вывода поступающих по внутренней шине ПК к которой подключен контроллер ПУ. ПУ принимают данные от ПК и выполняют определенный набор команд (перевод строки, перевести головку, вытолкнуть лист). Обмен идет в обе стороны – ПУ сообщает, например, о своем состоянии (готовность).

Рис.4.

Контроллеры ПУ принимают данные от ПК в свой буферный регистр (порт) выполняют необходимые преобразования в соответствии с форматом для ПУ и выдают во внешний интерфейс. Контроллер как правило выполняет набор простейших команд (печать символа, перевод строки, ВК), драйвер же обеспечивает выполнение используя эти команды более сложных действий по некоторому алгоритму (печать строк символов, разделение документа и т.д.).

Для одного и того же контроллера можно разработать разные драйверы.

Рассмотрим схему передачи байта информации. Приложение, которому потребовалось выполнить обмен данными с ПУ, обращается к драйверу этого устройства: сообщает ему в качестве параметра  адрес байта памяти, который надо передать. Д-р загружает значение этого байта в буфер К-ра, который начинает последовательно передавать данные в линию связи, представляя каждый бит соответствующим электрическим сигналом. Перед началом передачи К-р формирует стартовый сигнал специфической формы, в конце стоповый. Эти сигналы синхронизируют передачу байта.

Кроме информационных бит, как правило, контроллер передает бит контроля четности.

Устройство управления ПУ, обнаружив стартовый бит, выполняет подготовительные действия и начинает принимать информационные биты. Формируя из них в своем буфере информационные байты. Осуществляется проверка на четность. Если информация принята верно,  то формируется квитанция.

Взаимодействие ПК.

Рассмотрим аналогично связи с ПУ. Например, через RS-232С (такое соединение называется нуль-модемным). Здесь взаимодействие идет с двух сторон. Программа, работающая на одном ПК, не может непосредственно получить доступ к ресурсам другого ПК.

Она может только «попросить» об этом программу, работающую на другом ПК. Эти просьбы выражаются в виде сообщений передаваемых по каналам связи между ПК. Сообщения могут содержать как команды, так и данные.

Рис.5

Приложение А формирует сообщение-запрос для приложения В, где указывает имя файла, тип операции, смещение и размер области файла, содержащие нужные данные.

Приложение А обращается к драйверу  СОМ-порта. Сообщая ему адрес в оперативной памяти, по которому драйвер находит сообщение и затем передает его байт за байтом приложению В. Приложение В приняв запрос, выполняет его, т.е. считывает требуемую область файла с диска с помощью средств локальной ОС в буферную область своей оперативной памяти. Затем с помощью драйвера СОМ-порта передает данные по каналу связи в ПК А, где они попадают в приложение А.

Так как формировать такие специфические функции в состав каждого приложения считается не рациональным, то выгоднее формировать специальный программный модуль сообщений-запросов для всех приложений ПК. Такой служебный модуль на стороне А называется клиентом. На стороне В сервером.

Если клиентская часть программы умеет распознавать запросы к локальному и удаленному файлам, то приложение не должно заботится о том, с каким файлом оно работает. Отсюда и название, часто используемое для клиентской части сетевой ОС – редиктор (перенаправлять - redirect). Иногда функции распознавания выделяются в отдельный программный модуль.

Схема взаимодействия клиента-сервера с приложением и ОС здесь упрощена, однако функции программ, обеспечивающих доступ к удаленным файлам, очень похожи на функции модулей сетевой ОС, работающей в сети с более сложными аппаратными связями ПК.

1.2 Топология физических связей

В начале мы рассматривали вырожденную сеть, т.е. состоящую из двух ПК. При объединении же большого числа машин возникает целый комплекс проблем. В первую очередь необходимо понять принципы организации физических связей, ибо они в значительной мере определяют и принципы взаимного обмена сообщениями между ПК.

Под топологией ВС понимается конфигурация графа, где ребрами являются физические линии связи, а в узлах находятся ПК (иногда другое оборудование, например концентраторы).

Можно заметить, что конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями ПК между собой и может отличатся от конфигурации логических связей между узлами ВС.  Логические связи представляют собой маршруты передачи данных и между узлами ВС и  образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования.

1.  Выбор топологии сильно влияет на характеристики ВС. Например, резервные связи повышают надежность работы ВС, возможность реконфигурации сети.

2.  Простота присоединения новых узлов в некоторых технологиях, елает ВС легко расширяемой.

В тоже время целесообразно исходить из экономических соображений, когда обеспечивается минимальная длинна линий связи.

Какие же виды топологий встречаются наиболее часто?

Полносвязаная топология. Здесь каждый ПК связан с каждым (рис.6.а). Не смотря на логическую простоту, этот вариант наименее экономически целесообразен и наиболее громоздок.  Действительно, здесь каждый ПК должен иметь большое число коммуникационных портов. Для каждой пары ПК  должна быть своя линия связи. Такие топологии используются крайне редко. Как правило он наиболее пригоден в глобальных сетях при небольшом числе суперкомпьютеров (иногда в многомашинных комплексах).

                 а.                                                   б.                               в.  

                                г.                                                                д.

                                           Рис.6. Топологии ВС

Во всех других топологиях (ТХ) обмен данными проходит через промежуточные узлы.

Ячеистая топология. Получается из полносвязанной Т-и путем удаления некоторых связей (рис.6.б). В этой топологии непосредственно связаны только ПК между которыми идет интенсивный обмен. Эта Т-я также наиболее присуща Глобальным сетям.