Беспроводные технологии организации каналов связи

Радиосвязь в ЛВС используется достаточно редко из-за экранированности зданий, ограничений юридического характера и низкой скорости передачи информации. Основное достоинство радиоканала - отсутствие кабеля, за счет чего возможно обслуживать мобильные рабочие станции.

Передача данных в микроволновом диапазоне использует высокие частоты и применяется как на коротких, так и на больших расстояниях. Главное ограничение заключается в том, чтобы передатчик и приемник были в зоне прямой видимости. Используется в местах, где использование проводных технологий затруднено.

Инфракрасные технологии функционируют на очень высоких частотах, приближающихся к частотам видимого света. Они могут быть использованы для установления двусторонней или широковещательной передачи на близких расстояниях. При инфракрасной связи обычно используют светодиоды для передачи инфракрасных волн приемнику. Инфракрасная передача ограничена малым расстоянием в прямой зоне видимости.

9. Сетевая операционная система наряду с аппаратной частью играет важную роль в организации локальной вычислительной сети.

Сетевая операционная система необходима для управления потоками сообщений между рабочими станциями и сервером. Она является прикладной платформой, предоставляет разнообразные виды сетевых служб и поддерживает работу прикладных процессов, реализуемых в сетях. Сетевая операционная система обеспечивает выполнение основных функций сети. К ним относятся:

· адресация объектов сети;

· функционирование сетевых служб;

· обеспечение безопасности данных;

· управление сетью.

В сетевой операционной системе можно выделить несколько частей, представленных на рис. 6.4.

увеличить изображение
Рис. 6.4.Структура сетевой операционной системы

1. Средства управления локальными ресурсами компьютера: функции распределения оперативной памяти между процессами, планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами, управления периферийными устройствами и другие функции управления ресурсами локальных операционных систем.

2. Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование - серверная часть операционной системы. Эти средства обеспечивают, например, блокировку файлов и записей, ведение справочников имен сетевых ресурсов; обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных; управление очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам.

3. Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам - клиентская часть операционной системы. Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей. Клиентская часть также осуществляет прием ответов от серверов и преобразование их в локальный формат, так что для приложения выполнение локальных и удаленных запросов неразличимо.

4. Коммуникационные средства операционной системы, с помощью которых происходит обмен сообщениями в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений, выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи и т. п. , т. е. является средством транспортировки сообщений.

Одной из характеристик ЛВС является топология (или архитектура) сети. Чаще всего в ЛВС используется одна из трех топологий:

· шинная;

· кольцевая;

· звездообразная.

Большинство других топологий являются производными от перечисленных. К ним относятся: древовидная, иерархическая, полносвязная, гибридная. Топология усредняет схему соединений рабочих станций. Так, и эллипс, и замкнутая кривая, и замкнутая линия относятся к кольцевой топологии, а незамкнутая ломаная линия - к шинной.

Шинная топология основана на использовании кабеля, к которому подключены рабочие станции. Кабель шины зачастую прокладывается в фальшпотолках здания. Для повышения надежности вместе с основным кабелем прокладывают и запасной, на который переключаются станции в случае неисправности основного ( рис. 6.5).

Рис. 6.5.Схема построения шинной топологии ЛВС

Кольцевая топология характеризуется тем, что рабочие станции последовательно соединяются друг с другом, образуя замкнутую линию. Выход одного узла сети соединяется со входом другого ( рис. 6.6).

Рис. 6.6.Схема построения кольцевой топологии ЛВС

Звездообразная топология основывается на концепции центрального узла (сервера или пассивного соединителя), к которому подключаются рабочие станции сети ( рис. 6.7).

Рис. 6.7.Схема построения звездообразной топологии ЛВС

Древовидная топология представляет собой более развитый вариант шинной топологии. Дерево образуют путем соединения нескольких шин, его используют, чтобы соединить сетью несколько этажей в здании или несколько зданий, расположенных на одной территории ( рис. 6.9).

Рис. 6.8.Схема построения древовидной топологии ЛВС

Полносвязная топология является наиболее сложной и дорогой. Она характеризуется тем, что каждый узел сети связан со всеми другими рабочими станциями. Эта топология применяется достаточно редко, в основном там, где требуется высокая надежность и скорость передачи информации ( рис. 6.9).

Рис. 6.9.Схема построения полносвязной топологии ЛВС

На практике чаще встречаются гибридные топологии ЛВС, которые приспособлены к требованиям конкретного заказчика и сочетающие фрагменты шинной, звездообразной или других топологий. Пример гибридной топологии представлен на рис. 6.10.

Рис. 6.10.Пример схема построения гибридной топологии ЛВС

Одним из важнейших вопросов, решаемых при организации локальной вычислительной сети, является не только выбор топологии сети и способа соединения персональных компьютеров в единый вычислительный комплекс, но и организация метода доступа к информации в локальной вычислительной сети.

Самыми распространенными методами доступа в ЛВС являются:

· метод доступа Ethernet;

· метод доступа Token ring;

· метод доступа Arcnet.

Метод доступа Ethernet является самым распространенным в ЛВС. Свое название он получил от первой ЛВС, разработанной фирмой Xerox в 1972 г. Впоследствии вокруг проекта Ethernet объединились фирмы DEC, Intel и Xerox. В 1982 г. эта сеть была принята в качестве стандарта.

Метод доступа Ethernet характеризуется тем, что отправляемое сообщение одной станцией распространяется по шине в обе стороны и принимается одновременно всеми узлами, подключенными к общему кабелю. Но поскольку сообщение имеет адрес станции, для которой предназначена информация, она распознает данные и принимает их. Остальные станции сообщение игнорируют. Это метод множественного доступа. При этом методе доступа узел, прежде чем послать данные по каналу связи, прослушивает его, и только убедившись, что канал свободен, посылает пакет с сообщением. Если канал занят, узел повторяет попытку передать пакет через случайный промежуток времени. Несмотря на предварительное прослушивание канала, в сети могут возникать конфликты, заключающиеся в одновременной передаче пакетов двумя узлами. Они связаны тем, что имеется временная задержка сигнала при прохождении его по каналу: сигнал послан, но не дошел до узла, прослушивающего канал, вследствие чего узел счел канал свободным и начал передачу.

Метод доступа Arcnet используется в основном в ЛВС, имеющей центральный узел (компьютер или пассивный соединитель), к которому через концентратор подключены все ПК сети. Все сообщения в сети проходят через центральный узел, при этом коллизий (столкновений) сообщений не происходит. Метод доступа Arcnet является наиболее быстродействующим, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями.

Метод доступа Token Ring характеризуется тем, что сообщения циркулируют по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из сети запрос. Сообщение последовательно передается от одной станции к другой. Каждый промежуточный узел между передатчиком и приемником ретранслирует посланное сообщение. Принимающий ПК распознает и получает только адресованное ему сообщение. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять по каналам связи одно за другим. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций в сети. Для того, чтобы кольцо при выходе одного узла продолжало функционировать, организуется обратный путь передачи информации или производится переключение на запасное кольцо.

6.3. Распределенная обработка данных. Технология "клиент-сервер"

Организация ЛВС на предприятии дает возможность распределить ресурсы ПК по отдельным функциональным сферам деятельности и изменить технологию обработки данных в направлении децентрализации.

Распределенная обработка данных имеет следующие преимущества:

· возможность увеличения числа удаленных взаимодействующих пользователей, выполняющих функции сбора, обработки, хранения и передачи информации;

· снятие пиковых нагрузок с централизованной базы путем распределения обработки и хранения локальных баз на разных персональных компьютерах;

· обеспечение доступа пользователей к вычислительным ресурсам ЛВС;

· обеспечение обмена данными между удаленными пользователями.

При распределенной обработке производится работа с базой данных, т. е. представление данных, их обработка. При этом работа с базой на логическом уровне осуществляется на компьютере клиента, а поддержание базы в актуальном состоянии - на сервере.

Выделяют локальные и распределенные базы данных:

В настоящее время созданы базы данных по всем направлениям человеческой деятельности: экономической, финансовой, кредитной, статистической, научно-технической, маркетинга, патентной информации, электронной документации и т. д.

Создание распределенных баз данных было вызвано двумя тенденциями обработки данных, с одной стороны - интеграцией, а с другой - децентрализацией.

Интеграция обработки информации подразумевает централизованное управление и ведение баз данных.

Децентрализация обработки информации обеспечивает хранение данных в местах их возникновения или обработки, при этом скорость обработки повышается, стоимость снижается, увеличивается степень надежности системы.

Доступ пользователей к распределенной базе данных (РБД) и администрирование осуществляется с помощью системы управления распределенной базой данных, которая обеспечивает выполнение следующих функций:

· автоматическое определение компьютера, хранящего требуемые в запросе данные;

· декомпозицию распределенных запросов на частные подзапросы к базе данных отдельных ПК;

· планирование обработки запросов;

· передачу частных подзапросов и их исполнение на удаленных персональных компьютерах;

· прием результатов выполнения частных подзапросов;

· поддержание в согласованном состоянии копий дублированных данных на различных ПК сети;

· управление параллельным доступом пользователей к РБД;

· обеспечение целостности РБД.

Распределенная обработка данных реализуется с помощью технологии "клиент-сервер".

Эта технология предполагает, что каждый из компьютеров сети имеет свое назначение и выполняет свою определенную роль. Одни компьютеры в сети владеют и распоряжаются информационно-вычислительными ресурсами (процессоры, файловая система, почтовая служба, служба печати, база данных), другие имеют возможность обращаться к этим службам, пользуясь их услугами.

Рассматриваемая технология определяет два типа компонентов: серверы и клиенты.

Сервер - это объект, предоставляющий сервис другим объектам сети по их запросам. Сервис - это процесс обслуживания клиентов.

Сервер работает по заданиям клиентов и управляет выполнением их заданий. После выполнения каждого задания сервер посылает полученные результаты клиенту, пославшему это задание.

Сервисная функция в архитектуре "клиент-сервер" описывается комплексом прикладных программ, в соответствии с которым выполняются разнообразные прикладные процессы.

Клиенты - это рабочие станции, которые используют ресурсы сервера и предоставляют удобные интерфейсы пользователя. Интерфейсы пользователя - это процедуры взаимодействия пользователя с системой или сетью.

Клиент является инициатором и использует электронную почту или другие сервисы сервера. В этом процессе клиент запрашивает вид обслуживания, устанавливает сеанс, получает нужные ему результаты и сообщает об окончании работы.

Один из основных принципов технологии "клиент-сервер" заключается в разделении функций стандартного интерактивного приложения на три группы, имеющие различную природу:

В соответствии с этой классификацией в любом приложении выделяются следующие логические компоненты:

· компонент представления, реализующий функции первой группы;

· прикладной компонент, поддерживающий функции второй группы;

· компонент доступа к информационным ресурсам, поддерживающий функции третьей группы.

Выделяют четыре модели реализации технологии "клиент-сервер", представленные на рис. 6.11.

Рис. 6.11.Модели реализации технологии «клиент-сервер»

Модель файлового сервера представляет наиболее простой случай распределенной обработки данных. Один из компьютеров в сети считается файловым сервером и предоставляет другим компьютерам услуги по обработке файлов. Файловый сервер играет роль компонента доступа к информационным ресурсам (т. е. к файлам). На других ПК в сети функционирует приложения, в которых совмещены компонент представления и прикладной компонент. Использование файловых серверов предполагает, что вся обработка данных выполняется на рабочей станции, а сервер лишь выполняет функции накопителя данных и средств доступа ( рис. 6.12).

увеличить изображение
Рис. 6.12.Модель файлового сервера

К недостаткам технологии данной модели относят низкий сетевой трафик (передача множества файлов, необходимых приложению), небольшое количество операций манипуляции с данными (файлами), отсутствие адекватных средств безопасности доступа к данным (защита только на уровне файловой системы) и т. д.

Модель доступа к удаленным данным существенно отличается от модели файлового сервера методом доступа к информационным ресурсам. В этой модели компонент представления и прикладной компонент также совмещены и выполняются на компьютере-клиенте. Доступ к информационным ресурсам обеспечивается операторами специального языка (SQL, если речь идет о базах данных) или вызовами функций специальной библиотеки.

Запросы к информационным ресурсам направляются по сети серверу базы данных, который обрабатывает и выполняет их, возвращая клиенту не файлы, а необходимые для обработки блоки данных, которые удовлетворяют запросу клиента ( рис. 6.13).

увеличить изображение
Рис. 6.13.Модель доступа к удаленным данным

Основное достоинство модели доступа к удаленным данным заключается в унификации интерфейса "клиент-сервер" в виде языка SQL и широком выборе средств разработки приложений. К недостаткам можно отнести существенную загрузку сети при взаимодействии клиента и сервера посредством SQL-запросов и невозможность администрирования приложений, т. к. в одной программе совмещаются различные по своей природе функции (представления данных и прикладного компонента).

Модель сервера баз данных основана на механизме хранимых процедур. Процедуры хранятся в словаре баз данных, разделяются между несколькими клиентами и выполняются на том же компьютере, где функционирует SQL-сервер. В этой модели компонент представления выполняется на компьютере-клиенте, в то время как прикладной компонент оформлен как набор хранимых процедур и функционирует на компьютере-сервере базы данных. Там же выполняется компонент доступа к данным, т. е. ядро СУБД ( рис. 6.14).

увеличить изображение
Рис. 6.14.Модель сервера без данных

Достоинства модели сервера баз данных:

· возможность централизованного администрирования прикладных функций;

· снижение трафика (вместо SQL-запросов по сети направляются вызовы хранимых процедур);

· экономия ресурсов компьютера за счет использования единожды созданного плана выполнения процедуры.

Основной недостаток модели сервера баз данных является ограниченность средств написания хранимых процедур, представляющих собой разнообразные процедурные расширения SQL. Сфера их использования ограничена конкретной СУБД из-за отсутствия возможности отладки и тестирования разнообразных хранимых процедур.

Модель сервера приложений позволяет помещать прикладные программы на отдельные серверы приложений. Программа, выполняемая на компьютере-клиенте, решает задачу ввода и отображения данных, т. е. реализует операции первой группы. Прикладной компонент реализован как группа процессов, выполняющих прикладные функции, и называется сервером приложения. Доступ к информационным ресурсам, необходимым для решения прикладных задач, обеспечивается так же, как в модели доступа к удаленным данным, т. е. прикладные программы обращаются к серверу базы данных с помощью SQL-запросов ( рис. 6.15).

увеличить изображение
Рис. 6.15.Модель сервера приложений

Технологии "клиент-сервер" имеют следующие преимущества:

· позволяют организовывать сети с большим количеством рабочих станций;

· обеспечивают централизованное управление учетными записями пользователей, безопасностью и доступом, что упрощает сетевое администрирование;

· предоставляют эффективный доступ к сетевым ресурсам.

Наряду с преимуществами технология "клиент-сервер" имеет и ряд недостатков:

· неисправность сервера может сделать сеть неработоспособной, что влечет как минимум потерю сетевых ресурсов;

· требует квалифицированного персонала для администрирования;

· имеет более высокую стоимость сетей и сетевого оборудования.